Novos materiais que permitem ampliar a capacidade atual de memória dos computadores em até 250 vezes foram obtidos em pesquisa realizada no Laboratório Interdisciplinar de Eletroquímica e Cerâmica (Liec), formado por pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e Instituto de Química da Universidade Estadual de São Paulo (Unesp), em Araraquara.
Utilizando um método químico simples, os pesquisadores obtiveram um material de altíssima constante dielétrica de titanato de bário e chumbo. A constante obtida tem o valor de 1.800, quase três vezes maior que as pesquisas apresentadas até o presente momento, as quais giram em torno de 700. “A alta densidade dielétrica é necessária para manter a densidade de armazenamento de carga dentro dos padrões exigidos para futuras gerações de memória de acesso aleatório dinâmico, para ter uma menor velocidade de consumo de energia elétrica. O novo material tem ferroeletricidade e apresenta polarização espontânea que pode ser revertida pela aplicação de um campo elétrico externo”, explica o professor Elson Longo, diretor do Centro Muldisciplinar para o Desenvolvimento de Materiais Cerâmicos (CMDMC), um dos centros de excelência (Cepids) criados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), do qual o Liec é associado.
O método de preparo desse novo material é relativamente simples e de baixo custo. “Preparamos um composto de citratos de chumbo, titânio e bário, que é levado a um forno simples com temperatura de até 300.ºC para retirar o material orgânico. Em seguida, utilizamos um microondas doméstico para orientar a cristalização e obter um filme fino de titanato de bário e chumbo”, explica Longo.
São equipamentos de baixo custo usados no processo. Um microondas doméstico custa cerca de R$ 300. O novo material representa um avanço sobre os atuais filmes finos de óxido de silício e de nitreto de silício, usados como material dielétrico em capacitores para células de memória de acesso aleatório dinâmico, ou como capacitor em dispositivos de circuito integrado, que apresentam baixa constante dielétrica (= 7).
A constante dielétrica obtida no material pesquisado no Liec (= 1.800), é 250 vezes maior. Essa inovação contribui para superar um descompasso existente para o desenvolvimento dos dispositivos microeletrônicos. Como o tamanho da célula de memória é reduzido a cada ano e a densidade aumentando, torna-se difícil manter a alta densidade de carga elétrica em capacitores utilizando dielétricos convencionais – como óxido de silício e nitreto de silício -, tornando incompatível sua aplicação junto às novas tecnologias de memória de acesso aleatório dinâmico. A substituição dos atuais dielétricos é pesquisada desde o final dos anos 80, e surgiram materiais que apresentam alta constante dielétrica bem acima de 100.
Trata-se de uma verdadeira corrida tecnológica. O professor Longo lembra que várias organizações japonesas e norte-americanas, ligadas a indústrias de semicondutores, depositaram nos últimos cinco anos mais de 420 patentes relacionadas com memória de acesso aleatório dinâmico.
Corrida tecnológica
Há mais de duas décadas se verifica uma corrida em busca da redução das dimensões dos dispositivos integrados na microelétrônica, principalmente, na tecnologia do silício em sistemas do tipo MOS (metal-óxido-semicondutor). Assim, a utilização de filmes finos ferroelétricos tem grande importância na preparação dos dispositivos eletrônicos, pois apresentam vantagens quando
comparados com as cerâmicas convencionais, tais como: menor tamanho, baixo peso, requer baixa voltagem de operação e alta velocidade de escrita/leitura (write/read).
“É importante ressaltar que grandes grupos industriais nos Estados Unidos, Europa e Ásia investem milhões de dólares em pesquisas de filmes finos ferroelétricos, devido a sua compatibilidade e fácil integração com a tecnologia de circuitos integrados usando chips de silício e arseneto de gálio. Outra vantagem da utilização de filmes finos é o fato de que muitos materiais cerâmicos são difíceis (senão impossíveis) de serem produzidos como uma cerâmica densa. Esses materiais são relativamente fáceis de preparar na forma de filmes finos ou espessos”, explica Longo.
Outra vantagem é que as temperaturas de cristalização dos filmes finos são usualmente centenas de graus Celsius menores do que as cerâmicas convencionais. Muitas vezes, isso pode ser um fator decisivo para aplicação e preparação bem-sucedidas em novos dispositivos.
Desde que as memórias de acesso aleatório dinâmico com configuração de um transistor e um capacitor por byte surgiu no finam dos anos 70, essa célula alcançou importantes “status” na tecnologia de silício para integração de larga escala. Durante os últimos 20 anos, a densidade de memórias de acesso aleatório dinámico tem quadruplicado a cada três anos.
O capacitor é um dos mais importantes elementos de uma memória de acesso aleatório dinâmico. Como as dimensões dos dispositivos vêm sendo reduzidas, a área planar disponível para o capacitor sobre o chip de memória também diminui rapidamente a cada ano. No início da década de 90 a área da célula era de 3,6 mm e hoje é de 0,1 mm . A estimativa é que essa área seja reduzida para 0,04 mm entre 2007 e 2010. E, certamente, a pesquisa realizada no Liec contribuirá em muito para este avanço na capacidade de memória das novas gerações de computadores. (ABR)
