Introdução à nanoeletrônica: o que é e quais as vantagens que traz

Os circuitos eletrônicos e os componentes dentro deles estão diminuindo a cada ano. A redução de componentes foi impulsionada pela demanda do consumidor por dispositivos cada vez menores com o mesmo, senão melhor, desempenho do que a tecnologia existente . A nanoeletrônica não apenas reduz o tamanho dos dispositivos, mas também fornece o mesmo ou melhor desempenho.

O que é nanoeletrônica?

O dimensionamento (redução de tamanho) dos materiais tradicionais chegou a ponto de atingir um limite nas dimensões mínimas dos dispositivos, limite que foi possível superar graças ao uso de novos materiais e novas nanotecnologias. Assim nasceu um novo ramo da eletrônica, a nanoeletrônica.

O uso de nanomateriais, ou seja, materiais que variam em tamanho de 1 a 100 nanômetros, tem muitas vantagens. Normalmente, os nanomateriais são inerentemente muito finos , o que ajuda a tornar os componentes de um dispositivo eletrônico menores. A nanoeletrônica inclui tudo em nanoescala, desde a tecnologia quântica até a spintrônica e a eletrônica molecular (ou seja, a eletrônica de uma única molécula).

Nanomateriais para eletrônica

A maioria dos dispositivos nanoeletrônicos são desenvolvidos usando camadas de filme fino , nanotubos, fulerenos, nanofios, nanopartículas e pontos quânticos. Os nanomateriais podem fornecer bom desempenho elétrico, se não mesmo superior, em comparação com os materiais “a granel” usados ​​em componentes tradicionais e com a vantagem adicional de serem muito pequenos. Isso é especialmente verdadeiro para nanomateriais condutores ou semicondutores, que muitas vezes têm condutividade elétrica e junções mais eficientes do que os semicondutores tradicionais feitos de materiais “a granel”. Além disso, muitos nanomateriais são inerentemente estáveis ​​em altas temperaturas , um fator muito importante quando os dispositivos superaquecem.

Embora os nanomateriais eletricamente condutores recebam mais atenção, também existem muitos nanomateriais isolantes que são tão importantes na proteção de certas áreas de um dispositivo eletrônico. De fato, a realização de heteroestruturas compostas por uma camada de nanomaterial condutor entre duas camadas de isoladores pode favorecer os caminhos da corrente elétrica no dispositivo: desta forma as cargas elétricas podem ser direcionadas nos caminhos mais favoráveis ​​e escolhidos pelo projetista.

A forma como os nanomateriais são fabricados permite o desenvolvimento de componentes menores. A maioria dos componentes semicondutores tradicionais deve ser fabricada usando uma abordagem de cima para baixo – um processo no qual um material maior é dividido em estruturas menores. Desta forma, existem limites para as dimensões uma vez que a precisão estrutural deve ser mantida , especialmente se for uma arquitetura complexa.

Os nanomateriais também podem ser feitos dessa maneira, mas se você quiser ter nanomateriais estruturalmente precisos e muito pequenos, pode fazê-los usando uma abordagem de baixo para cima – um processo de criação átomo por átomo. É uma abordagem mais controlada que permite reduzir o tamanho dos componentes e se adaptar arquitetonicamente ao aplicativo específico.

Áreas de aplicação da nanoeletrônica

Os campos de aplicação são muitos. Eles vão desde sistemas de armazenamento e geração de energia, transistores, circuitos flexíveis e imprimíveis, fotodetectores, sensores a visores, memórias, transmissores de rádio do tamanho de nanômetros e dispositivos quânticos.

Uma bateria à base de grafeno é um exemplo de dispositivo nanoeletrônico . Ele, feito com nanomateriais, pode atingir uma densidade de energia até 5 a 6 vezes maior do que as baterias de íon de lítio (Li-ion), enquanto mantém dimensões menores. Um transistor feito com nanotubos de carbono é outro exemplo de um componente eletrônico do tamanho de um nanômetro. Esses dispositivos são feitos de diferentes nanomateriais e os mesmos componentes podem ser feitos com diferentes materiais, dependendo da eficiência desejada, facilidade de fabricação e custo.

O campo da nanoeletrônica tem crescido lentamente com a crescente demanda por componentes eletrônicos de menor porte. As aplicações futuras provavelmente incluirão várias tecnologias quânticas , e veremos um aumento na produção de componentes nanoeletrônicos em sistemas de computador clássicos e em dispositivos de consumo e de uso diário.

Artigo por Antonino Pagano

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