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29/12/2005

Indústria de semicondutores adota oficialmente a nanotecnologia

The New York Times
John Markoff
Algumas tecnologias futuristas para a fabricação de chips em escala atômica foram acrescentadas às medidas de planejamento industrial que ditam o futuro da indústria de semicondutores a cada dois anos.

A transição para uma era pós-silício é prevista em um relatório denominado International Technology Roadmap for Semiconductors (algo como Plano de Ação de Tecnologia Internacional para Semicondutores), que deverá ser divulgado no próximo sábado. O relatório, produzido de forma cooperativa por associações de fabricantes de semicondutores da Europa, do Japão, da Coréia do Sul, de Taiwan e dos Estados Unidos, é utilizado pela indústria como instrumento de planejamento para determinar como melhor investir em novas tecnologias o dinheiro destinado a pesquisa e desenvolvimento.

A tendência de a indústria se afastar dos transistores de silício
convencionais se tornou parte importante do pensamento que norteia o setor, embora não se espere que a nanotecnologia venha a substituir os atuais processos de fabricação de chips durante os próximos dez anos.

A pressa em fazer a transição para a eletrônica molecular é motivada em
parte pelo fato de a indústria ter percebido que as tecnologias
convencionais, apesar dos avanços significativos, não serão capazes de
sustentar indefinidamente a máxima do setor de chips, conhecida como Lei de Moore, que afirma que o poder computacional duplica a mais ou menos cada dois anos.

Nos últimos anos, a indústria de semicondutores encontrou, repetidamente,
formas de fabricar transistores convencionais ainda menores, tornando
possível a inserção de mais transistores em um único chip, a fim de se obter maior poder e capacidade computacionais. Atualmente, o menor dos modernos transistores tem um comprimento de umas poucas moléculas. A indústria acredita ser capaz de continuar reduzindo o tamanho dos transistores convencionais por apenas mais uma década.

Mas até mesmo esses transistores minúsculos são maiores do que uma nova
classe de unidades nanoeletrônicas feitas de componentes que chegam a ter o tamanho de moléculas individuais. Os cientistas estão realizando
experimentos com uma variedade de novos materiais, além do silício,
incluindo moléculas orgânicas e nanotubos de carbono.

O que mudou no plano de ação da indústria foi a confiança crescente nas
novas tecnologias que possibilitam a fabricação de comutadores eletrônicos ("switches") a partir de moléculas, ou até mesmo elétrons, individuais.

O desenvolvimento desses "nanoswitches" atingiu um estágio a partir do qual será possível fabricá-los a baixos custos, segundo vários pesquisadores que participaram da preparação do relatório. O "New York Times" obteve um rascunho de um capítulo do relatório, intitulado "Dispositivos de Pesquisa Emergentes".

A transição para as novas técnicas da nanotecnologia poderá ocorrer por
volta de 2015, quando os fabricantes de chips tiverem esgotado a capacidade de miniaturizar os fios e comutadores que compõem os modernos processadores e dispositivos de armazenamento de memória, que são o cerne das indústrias de computadores, de comunicações e de aparelhos eletrônicos.

O trabalho de planejamento da indústria, concluído em Seul, na Coréia do
Sul, neste mês, ressalta o trabalho de um pequeno, mas crescente, grupo de químicos, físicos e engenheiros eletrônicos que procuram construir
componentes eletrônicos moleculares, um território que costumava ser
considerado como parte da ficção científica.

"Entre 2003 e 2005, houve um ponto de inflexão", explica Philip J. Kuekes, pesquisador de física do Hewlett-Packard Laboratories, em Palo Alto, Califórnia. "Toda a empolgação gira em torno da nanotecnologia".

Os pesquisadores da Hewlett-Packard estão trabalhando em uma série de
tecnologias que eles esperam que permita à indústria de semicondutores
continuar aumentado as velocidades computacionais e as capacidades de
armazenamento de dados, mesmo depois que os transistores convencionais de
silício esbarraram em obstáculos intransponíveis inerentes à natureza deste elemento químico.

À medida que os transistores convencionais passam a ter o tamanho de um
punhado de moléculas, começam a surgir comportamentos estranhos no reino
quântico, fazendo com que seja impossível determinar precisamente os estados de "ligado" e "desligado" desses transistores. Os comutadores eletrônicos de dimensões nanométricas são elaborados de forma a serem imunes a tais efeitos quânticos.

"A física do silício só é capaz de nos levar até esse ponto", afirma Kuekes. Para substituir os transistores convencionais, o laboratório da
Hewlett-Packard está se concentrando em uma nova classe de comutadores em
escala molecular que continuarão a representar os "uns" e "zeros" de forma confiável.

"Os nossos dispositivos só funcionam devido aos efeitos quânticos", explica Kuekes.

Paolo A. Gargini, diretor de estratégias tecnológicas da Intel Corporation, a maior fabricante mundial de chips, concorda que cedo ou tarde haverá a necessidade de se fazer uma transição para além do silício. A Intel, com sede em Santa Clara, Califórnia, está se preparando para essa mudança nos chips que fabrica, por meio da utilização de um processo no qual as menores dimensões são da ordem de 65 nanômetros (um nanômetro é um bilionésimo do metro), dez nanômetros, ou ainda mais reduzidas.

"Os microprocessadores atuais já possuem mais de um bilhão de transistores. Mas é quase certo que novos tipos de comutadores eletrônicos e novos materiais serão necessários para a fabricação de chips que possuam uma capacidade mil vezes maior que a dos chips atuais", diz Gargini.

Ele acrescenta que a meta no decorrer dos próximos dez anos é fabricar chips que contenham mais de um trilhão de comutadores eletrônicos. Os novos chips da Intel serão utilizados primeiramente em computadores laptop de baixo custo e em dispositivos domésticos de mídia, o que é mais uma evidência de que a indústria de semicondutores é impulsionada pelos produtos eletrônicos de consumo popular. São esses produtos de baixo custo, com os seus mercados vastos, e não os supercomputadores e outras máquinas altamente especializadas, que neste momento impulsionam as tecnologias para o futuro.

"A principal mensagem contida no relatório é a de que estamos ampliando o
horizonte", afirma Gargini. "Se considerarmos o período de incubação desta pesquisa como sendo de dez ou 15 anos, agora é o momento de buscarmos estas novas tecnologias".

Uma área promissora citada por ele é a tecnologia alternativa dos
transistores de spin, que foi desenvolvida pela primeira vez na década
passada. Com base na capacidade dos elétrons de exibirem um entre dois
estados - orientações descritas como "para cima" ou "para baixo" -, os
transistores de spin são comutadores cujo estado pode ser detectado e
alterado sem a aplicação de uma carga elétrica. Eles podem ser bem menores que os transistores de silício convencionais, e são não voláteis - o que significa que são capazes de armazenar informação mesmo quando a energia é desligada.

Uma segunda abordagem, chamada de tecnologia "crossbar latch" ("trava
transversal"), é discutida no relatório da indústria, e está sendo seguida pelos pesquisadores de física quântica da Hewlett-Packard.

Essa tecnologia se baseia no uso de uma molécula orgânica capaz de ser
ligada e desligada, o que permitiria que os pesquisadores alcançassem a meta de um trilhão de comutadores por chip. Acredita-se que ela possibilite uma velocidade de comutação eletrônica de um trilhão de vezes por segundo, bem maior do que os três a quatro bilhões por segundo dos mais rápidos microcomputadores atuais. Danilo Fonseca

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