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Microeletrônica e nanoeletrônica

Ilustração da placa de circuito impresso feita de componentes eletrônicos em escala micrométrica e nanométrica.

Microeletrônica e nanoeletrônica são subespecialidades da eletrônica em que os tamanhos nominais característicos dos componentes eletrônicos estão entre 100 e 0,1 micrômetro de magnitude (microeletrônica) ou 100 nanômetros ou menos (nanoeletrônica). O poder de armazenamento de memória dos dispositivos eletrônicos avançados atuais foi alcançado aumentando significativamente a densidade dos microchips. Diminuindo o tamanho dos transistores de efeito de campo é possível colocar mais componentes nos circuitos integrados, viabilizando dispositivos eletrônicos mais potentes e eficientes em termos energéticos, com pesos e consumo de energia reduzidos.

De acordo com a Lei de Moore, o número de transistores que podem ser colocados em um único chip dobrará a cada dois anos. Desde que isso foi postulado, em 1965, a tecnologia de fabricação de semicondutores manteve esse ritmo de avanço e revolucionou o setor. No entanto, o ritmo de redução da dimensão está desacelerando, e o principal desafio enfrentado na fabricação de componentes eletrônicos na faixa submicrométrica é o design da porta do transistor, que controla o fluxo de corrente no canal. Quanto menores são os componentes eletrônicos, mais difícil se torna sua fabricação. Efeitos físicos e quânticos alteram as propriedades dos materiais de uma escala macro para nano, o que afeta as interações interatômicas e as propriedades mecânicas quânticas.

O surgimento de materiais inovadores, nanotubos de carbono, nanotubos de nitreto de boro, pontos quânticos e aditivos de grafeno, contribuiu para o avanço da minimização da nanotecnologia e da microtecnologia. Estes e outros novos materiais podem ser moldados e manipulados com extraordinária precisão em escalas muito pequenas. Novas tecnologias possibilitam a deposição e a estratificação de materiais eletrônicos com espessura precisa, até mesmo em nível atômico. A tecnologia de fabricação de dispositivos semicondutores de filme fino usa materiais condutores, semicondutores e isolantes para fornecer recursos avançados em volumes altos e a um custo muito baixo. Os métodos modernos de fabricação para nanoeletrônica incluem padronização (litografia), decapagem, deposição de filme fino e técnicas de dopagem.

Os campos emergentes de pesquisa se concentram em novas abordagens de nanotecnologia e efeitos mecânicos quânticos. A eletrônica molecular usa moléculas únicas como componentes eletrônicos para estabelecer contato elétrico com eletrodos volumosos. A spintrônica, ou eletrônica de transporte por spin, manipula a propriedade de spin (rotação) dos elétrons com campos magnéticos e elétricos, resultando em uma corrente polarizada pelo spin que fornece maiores velocidades de transferência de dados e maior capacidade de armazenamento, densidade de memória e poder de processamento do que é possível apenas com carga elétrica.


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