Recorde estabelecido para um transistor de diamante 💎

Embora seja o semicondutor teoricamente ideal, o diamante ainda não se estabeleceu em transistores e outros componentes.

Pesquisadores desenvolveram um transistor de efeito de campo (JFET) de diamante com uma condução de corrente de 50 mA. Segundo este trabalho publicado na revista IEEE Electron Device Letters, isso é cinco vezes mais do que o recorde anterior para um transistor cuja condução ocorre em todo o volume.


A maioria dos transistores são feitos de silício, carbeto de silício ou nitreto de gálio. O diamante apresenta teoricamente propriedades melhores do que todos esses materiais, mas é difícil de dopar para torná-lo condutor e seu crescimento artificial ainda é complicado de controlar. No entanto, transistores de diamante vêm sendo desenvolvidos há cerca de trinta anos e suas performances estão melhorando.

A longo prazo, tais componentes seriam excelentes em conversores para veículos elétricos e aeronáutica. Na maioria dos casos, os transistores de diamante conduzem corrente apenas em sua superfície, e não em seu volume, o que pode impor limites em termos de controle da condutividade, reprodutibilidade de fabricação e confiabilidade. Transistores baseados em condução volumétrica oferecem melhor escalabilidade, em vez de permanecerem em protótipos minúsculos, mas sua condutividade ainda é baixa e não ultrapassa dez miliamperes (mA).

Pesquisadores do Instituto Néel (CNRS), do Laboratório de Plasma e Conversão de Energia (LAPLACE, CNRS/Toulouse INP/Univ. Toulouse) e da startup DIAMFAB (França) projetaram um transistor de diamante que atinge uma condução volumétrica de corrente recorde de 50 mA.

O componente é um transistor de efeito de campo (JFET) que utiliza condução volumétrica, modelos compostos por três terminais: o gate, o dreno e a fonte. A equipe conseguiu obter camadas homogêneas de diamante, aqui dopado com boro, sem apresentar defeitos prejudiciais. Assim, puderam aumentar o volume útil do transistor e de seu gate, que atinge 14,7 mm com 24 dedos paralelos. O transistor não é mais apenas um demonstrativo em miniatura, mas um componente real utilizável.


Os cientistas planejam agora melhorar a concepção e a realização desses transistores, especialmente para desenvolver sua capacidade de bloqueio de tensão, ou seja, sua capacidade de bloquear a corrente sob comando. Em seguida, será necessário testar seu desempenho em ambientes mais próximos das aplicações reais. Por fim, os pesquisadores estudarão outra arquitetura de transistor: os transistores de efeito de campo com gate de metal-óxido (MOSFET).

Referências:

Over 50 mA Current in Interdigitated Diamond Field Effect Transistor.
Damien Michez, Juliette Letellier, Imane Hammas, Julien Pernot, Nicolas C. Rouger.
IEEE Electron Device Letters, vol. 45, no. 11, pp. 2058-2061, Nov. 2024.
https://doi.org/10.1109/LED.2024.3453504

Artigo disponível nas bases de arquivos abertos Arxiv e HAL