Instituto de Física da USPO Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP) vem trabalhando em uma pesquisa de ponta para produzir materiais para o desenvolvimento de semicondutores e microprocessadores de alta velocidade e baixo nível de aquecimento.

O estudo é coordenado pelo Prof. Dr. José F. D. Chubaci e tem como foco o equipamento chamado IBAD – Ion Beam Assisted Deposition (Deposição Assistida por Feixes Iônicos). Nesta entrevista exclusiva à eConnection, o professor Chubaci explica mais sobre essa tecnologia e o que podemos esperar dela.

Prof. José Diniz Chubaci - IBAD – Ion Beam Assisted Deposition (Deposição por Feixes Iônicos Assistida) - Instituto de Física da USP

Prof. José Diniz Chubaci, coordenador da pesquisa

Há quanto tempo o senhor trabalha com a tecnologia de deposição por feixes iônicos?

Comecei a trabalhar com essa tecnologia há cerca de 25 anos, na Universidade de Osaka, no Japão, onde fiz meu mestrado e doutorado. Na época conseguimos desenvolver um material chamado nitrito de carbono, que apresentou 70% da dureza do diamante.

O senhor trouxe essa tecnologia para o Brasil?

Sim, quando voltei ao país, em 1983, continuei com a pesquisa. Construímos aqui no Instituto de Física, junto com o professor Masao Matsuoka, um evaporador com o objetivo de aumentar a resistência mecânica dos materiais. Esse tipo de equipamento produz filmes extremamente finos a partir do bombardeio com feixes de íons.

O IBAD, com o qual o senhor trabalha atualmente, foi financiado pela Marinha norte-americana. Como foi o seu contato com esse órgão?

Durante um workshop sobre semicondutores, realizado em São Paulo, uma equipe do Laboratório de Pesquisas da Marinha (NRL) dos Estados Unidos interessou-se pela nossa pesquisa e nos convidou para trabalhar no desenvolvimento de semicondutores com tecnologia avançada. Depois, submetemos um projeto conjunto ao órgão internacional de financiamento de pesquisas da Marinha Americana (Office of Naval Research – Global) e conseguimos um financiamento para a construção do novo sistema IBAD, que tem como diferencial fazer a evaporação também de filmes de óxidos – uma substância mais difícil de trabalhar devido ao seu alto poder de corrosão. Começamos a produzir nitreto de índio, que pode vir a ser o substituto do silício como suporte de dispositivos eletrônicos. Também já trabalhamos com óxido de titânio e óxido de alumínio.

 

Como o equipamento funciona?

Imagine que você queira criar um espelho. Você pega um pedaço de vidro, coloca dentro da câmara do IBAD e evapora um metal qualquer com feixe de elétrons de alta energia. Esse metal adere ao vidro, criando uma camada muito fina. Simultaneamente a esta deposição, você joga um feixe de íons de oxigênio, argônio ou nitrogênio para fazer um implante, como se quisesse empurrar um pouquinho mais o metal para dentro do vidro. Com isso é possível criar estruturas cristalinas em escala atômica, dando propriedades únicas aos materiais. Essa é uma tecnologia utilizada para fabricar transístores, processadores, espelhos para telescópios, filtros para certas bandas de frequência de luz –, enfim, materiais que usam tecnologia de ponta.

O que vocês esperam desenvolver com o IBAD?

Um dos produtos da nossa pesquisa será o desenvolvimento de novos transístores, mais rápidos e que consumam menos energia. Se pensarmos em um único transístor não temos muita coisa. Mas se lembrarmos que um processador de celular ou notebook tem bilhões deles, podemos imaginar a economia de energia, além de evitar que o aparelho esquente por conta do calor dissipado.

Qual a vantagem de se ter um supercondutor?

Quando conseguirmos desenvolver um supercondutor a temperatura ambiente, teremos 100% de eficiência na distribuição elétrica. Mas essa tecnologia nos permite muito mais: são novos processadores, componentes eletrônicos, filtros de ótica, materiais com maior rigidez – é o que chamamos de física de fronteira, algo que pode mudar o mundo como conhecemos hoje.

Produtos da SMC ajudam na performance do IBAD

Lucas Cervi - IBAD – Ion Beam Assisted Deposition (Deposição por Feixes Iônicos Assistida) - Instituto de Física da USP

Lucas Cervi, técnico do laboratório

O IBAD utiliza um Chiller da SMC para garantir a manutenção da sua temperatura. “Nosso equipamento tem um evaporador de 6 mil watts, outro evaporador de 8 mil watts, uma fonte iônica de 2 mil watts e vários outros componentes que consomem muita energia e dissipam calor. Para que tudo funcione adequadamente, é necessária uma refrigeração extremamente estável, que mantenha a temperatura constante de 18°C”, diz Lucas Batista Cervi, técnico do laboratório do Instituto de Física, que trabalha junto com o professor Chubaci.

Segundo Lucas, o Chiller da SMC funciona muito bem. “Temos total controle do equipamento. Podemos configurar a pressão, a vazão de água e a temperatura como quisermos. Hoje fazemos tudo isso manualmente, mas no futuro vamos criar uma interface de comunicação do Chiller com o sistema. Todos os comandos do IBAD que hoje estão no rack serão transferidos para um software desenvolvido por nós mesmos. Teremos todas as informações em uma tela e poderemos acompanhar, inclusive, o filme sendo evaporado dentro da máquina, por meio de câmeras”, explica Lucas.

Além do Chiller, o IBAD utiliza também válvulas pneumáticas e um secador de ar da SMC, para garantir que não haja condensação de água dentro do sistema.

“Saber que os produtos SMC estão agregados e contribuem para projetos científicos de ponta como esse e receber um feedback positivo é muito gratificante”, diz Franco Rodrigo Batista, especialista de Produto – Chiller e Secador da SMC. “As características dos nossos ThermoChillers – como estabilidade de temperatura, comunicação serial, tamanho e ruído reduzidos – fazem com que eles sejam muito atrativos para esse tipo de cliente, abrindo grandes oportunidades de negócios em universidades.”