Com tamanho três a quatro vezes inferior aos atuais, mais rápido e com menor consumo de energia, o novo transistor desenvolvido pelo Motorola Labs é apresentado como a primeira modificação fundamental no uso de materiais para fabricação desse componente nos últimos trinta anos (embora a concorrente Lucent tenha anunciado semanas atrás uma modificação revolucionária, com a verticalização dos componentes). O avanço obtido pelo Motorola Labs foi possível graças ao uso de perovskite, um semicondutor da categoria dos óxidos cristalinos, com propriedades únicas, nunca antes usado para a confecção de transistores.

A construção de transistores cada vez mais finos sem um aumento significativo do consumo permitirá a constante redução do tamanho e do consumo de energia dos chips de computadores. No futuro, este desenvolvimento poderá tornar os circuitos integrados mais rápidos, poderosos, capazes de operar com uma única pilha.

"À medida em que os aparelhos diminuem de tamanho, as conexões óxidas dos transistores também precisam ser mais finas. No entanto, estamos rapidamente chegando ao limite da miniaturização do dióxido de silício, usado nos últimos trinta anos", afirma Jim Prendergast, vice-presidente e gerente geral do Laboratório de Pesquisas para Ciências Físicas (PSRL) da Motorola. "A solução seria utilizar uma nova família de materiais, cuja aparência elétrica é muito meenor do que sua espessura física de fato".

A chave para esta descoberta foi o uso de algumas das melhores técnicas de simulação por computador disponíveis atualmente, onde cada átomo é analisado separadamente na interface. O entendimento dos comportamentos dos átomos na estrutura permitiu ao Motorola Labs resolver problemas fundamentais que frustraram outras tentativas de utilizar novos materiais para compor camadas dielétricas.

Esta foi a primeira vez que simulações de computador tão detalhadas foram aplicadas ao desenho de uma interface deste tipo. Os ensaios computadorizados foram confirmados por experiências cuidadosamente controladas e por análises avançadas que contaram com a cooperação da Universidade do Arizona e do Stanford Synchrotron Radiation Laboratory. O PSRL da Motorola também tem uma parceria com engenheiros dos laboratórios DigitalDNA do Setor de Produtos de Semicondutores da Motorola (SPS) para auxílio na manufatura da nova tecnologia.

Raros - Embora os materiais perovskites tenham sido estudados durante muitos anos pela indústria, o Motorola Labs é pioneiro na produção de um transistor CMOS eficiente, comprovando este conceito. O dispositivo produzido, que demonstrou propriedades elétricas superiores aos transistores CMOs existentes, teve um desempenho muito próximo às previsões teóricas.

Os perovskites constituem uma classe de material cristalino, que abriga um átomo de metal dentro de uma estrutura octogonal de oxigênio. Esta estrutura resulta em propriedades fora do comum, tais como uma constante dielétrica alta e até ferro-eletricidade, de acordo com os elementos atômicos específicos incorporados. Os perovskites, embora sejam muito raros na natureza, são encontrados na Tanzânia, no Brasil e no Canadá.

No laboratório, estas estruturas são feitas artificialmente, através da construção de uma camada atômica por vez, o que resulta num cristal puro e quase perfeito.

Para conseguir uma combinação perfeita do material de óxido cristalino com o cristal de silício, a interface entre os dois materiais deve ser controlada com precisão. A Motorola utilizou epistase de raios moleculares (MBE) para pesquisas físicas, possibilitando a união precisa dos dois diferentes materiais numa única estrutura cristalina. O cristal de titanato de estrôncio precisa ser girado em 45 graus na superfície do silício e o número de falhas na interface precisa ser inferior a um átomo deslocado para cada dez mil átomos.

O Motorola Labs também demonstrou que consegue cultivar estes materiais em wafers de silício de até 8 polegadas de diâmetro. Esta é a primeira vez que a MBE é usada com êxito em wafers tão grandes. A precisão desta técnica produziu camadas nas quais a espessura não variou mais do que uma camada de átomos na extensão inteira de um wafer.