China anuncia transistor 2D que supera chips de silício em velocidade e eficiência energética

Pesquisadores da Universidade de Pequim anunciaram o desenvolvimento de um novo tipo de transistor baseado em materiais bidimensionais que, segundo os responsáveis, supera os chips de silício mais avançados atualmente disponíveis no mercado.

A inovação, liderada pelo professor Peng Hailin, foi divulgada oficialmente no site da universidade na última semana e pode representar uma mudança estrutural no setor global de semicondutores, conforme reportagem da SCMP.

De acordo com os pesquisadores, o transistor atinge desempenho 40% superior aos chips de 3 nanômetros desenvolvidos por empresas como Intel e TSMC, além de consumir 10% menos energia.

O avanço foi alcançado por meio do uso de materiais semicondutores bidimensionais, como o Bi₂O₂Se e o Bi₂SeO₅, baseados em bismuto, e marca uma ruptura com os modelos tradicionais baseados em silício.

A equipe afirma ter criado o transistor mais rápido e eficiente até o momento. “Se inovações em chips baseadas em materiais existentes são consideradas um ‘atalho’, então nosso desenvolvimento de transistores baseados em materiais 2D é semelhante a uma ‘mudança de faixa’”, declarou o professor Peng em nota oficial.

A estrutura utilizada no novo transistor é do tipo gate-all-around field-effect transistor (GAAFET), que difere da arquitetura Fin Field-Effect Transistor (FinFET) adotada pela indústria desde 2011.

O novo modelo elimina a “aleta” característica dos FinFETs, o que aumenta a área de contato entre o canal do transistor e o terminal de controle (gate), facilitando o fluxo de elétrons.

A miniaturização de chips de silício tem enfrentado limitações físicas e de eficiência energética nas últimas gerações. Com a densidade de integração próxima ao limite técnico de 3 nanômetros, as indústrias buscam soluções alternativas.

O uso de materiais 2D com espessura atômica uniforme e maior mobilidade eletrônica é uma das estratégias avaliadas para os chips da próxima geração.

No entanto, tentativas anteriores de empregar materiais bidimensionais em transistores enfrentaram desafios estruturais. A equipe da Universidade de Pequim alega ter superado essas dificuldades ao projetar e sintetizar seus próprios compostos.

O Bi₂O₂Se foi utilizado como semicondutor, enquanto o Bi₂SeO₅ atuou como material dielétrico. A alta constante dielétrica deste último minimiza perdas de energia e permite operação em tensões mais baixas.

Os testes realizados mostraram que os transistores fabricados com essa tecnologia alcançam velocidades 1,4 vez superiores às dos chips de silício de última geração, utilizando apenas 90% da energia consumida por esses modelos.

A equipe validou os resultados por meio de cálculos com base na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), que indicaram uma interface com menor defeito e maior fluidez na condução dos elétrons.

Segundo Peng, “isso reduz a dispersão de elétrons e a perda de corrente, permitindo que os elétrons fluam com quase nenhuma resistência, semelhante à água se movendo por um cano liso”.

Além do desempenho técnico, os pesquisadores apontam que a inovação permite à China explorar caminhos fora do sistema global de fabricação de chips baseados em silício, atualmente dominado por fabricantes ocidentais e asiáticos como Intel, TSMC e Samsung.

“Embora esse caminho nasça da necessidade devido às sanções atuais, ele também força os pesquisadores a encontrar soluções a partir de novas perspectivas”, acrescentou Peng.

As sanções comerciais impostas por países como os Estados Unidos têm restringido o acesso da China às tecnologias mais recentes de semicondutores, o que levou universidades e institutos de pesquisa chineses a intensificar o desenvolvimento de alternativas. O projeto da Universidade de Pequim surge nesse contexto e pode abrir novas possibilidades tecnológicas e industriais para o país.

Os transistores foram produzidos utilizando a infraestrutura de processamento de alta precisão da universidade. A equipe já construiu pequenas unidades lógicas com os novos dispositivos, demonstrando ganho de tensão elevado em faixas operacionais ultrabaixas, o que indica viabilidade para aplicações práticas.

A próxima etapa do projeto é ampliar a escala de fabricação dos transistores, com foco em integrar a tecnologia a sistemas eletrônicos mais complexos. Ainda não há informações sobre cronogramas para industrialização ou parcerias com empresas do setor.

O desenvolvimento insere-se em um cenário global de busca por novas soluções para contornar as limitações do silício e atender à demanda crescente por dispositivos mais eficientes em energia e capacidade de processamento. A introdução de materiais 2D como base para transistores é uma das frentes mais promissoras nesse esforço.

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