Perovskitas Depositas por Vapor Impulsionando os Semicondutores de Próxima Geração

A eletrônica influenciou grandemente a sociedade moderna, não apenas nas telecomunicações e entretenimento, mas também na educação, saúde, transporte, manufatura, computação e segurança.

Um componente crítico em dispositivos eletrônicos é o semicondutor, também conhecido como chip. Um semicondutor é um material que possui algumas propriedades tanto de isolantes quanto de condutores. Ele pode ser modificado para atender às necessidades específicas do componente eletrônico em que está inserido. Suas funções incluem amplificação de sinais, comutação e conversão de energia.

A indústria de semicondutores está focada em desenvolver produtos menores, mais rápidos e mais baratos e está constantemente explorando novos materiais para alcançar esses objetivos e avançar a próxima geração de dispositivos eletrônicos.

Explorando Perovskitas à Base de Estanho (Sn) Não Tóxicas para Semicondutores

Entre os semicondutores emergentes, a perovskita de haleto metálico tem ganhado destaque graças às suas excelentes propriedades de transporte de carga e à capacidade de deposição em grande área a baixo custo e baixa temperatura. 

Haletos metálicos são compostos formados quando elementos metálicos e halogênios se combinam. Exemplos incluem cloreto de sódio, que é o sal, e hexafluoreto de urânio, que é o combustível usado em reatores de energia nuclear. 

Perovskitas são uma classe de materiais com estrutura cristalina ABO3. Aqui, A é um elemento de terras raras, enquanto B é um metal de transição. Esses materiais são produzidos por decomposição térmica de acetatos, nitratos e carbonatos a altas temperaturas entre 600 e 900 graus Celsius.

Entre as perovskitas de haleto metálico, os candidatos à base de estanho (Sn) não tóxicos, com sua estrutura cristalina única, surgiram como promissores. Semicondutores à base de estanho são materiais altamente desejáveis para aplicações energéticas devido à sua baixa toxicidade e biocompatibilidade.

Um estudo¹ conduzido por pesquisadores da Iowa State University voltou-se para os chalcohaletos à base de estanho, que estão sendo explorados como semicondutores para múltiplas aplicações. Eles realmente apresentam propriedades optoeletrônicas, alta estabilidade inerente e eficiência de conversão de energia.

O estudo focou no desenvolvimento de semicondutores multibinários de chalcohaleto de estanho, usando um método versátil em fase de solução, como alternativas sem chumbo para aplicações optoeletrônicas. Validou que os chalcohaletos de estanho demonstram notável estabilidade à água em condições ambientes e excelente resistência ao calor ao longo do tempo em comparação com perovskitas de haleto. Com este trabalho, o objetivo foi ajudar a projetar semicondutores e dispositivos mais estáveis e biocompatíveis.

Transistores de Filme Fino (TFTs) de Canal P de Alto Desempenho para Velocidade e Eficiência

Quando se trata de perovskitas de haleto de estanho (Sn) não tóxicas, como o triiodeto de estanho césio (CsSnI3), o triiodeto de estanho formamidínio (FASnI3) e o triiodeto de estanho metilamônio (MASnI3), eles mostram potencial no desenvolvimento de transistores de filme fino (TFTs) de canal p de alto desempenho.

Os TFTs são mais comumente usados em telas de cristal líquido (LCDs) e são a força motriz por trás das telas planas em smartphones, tablets, laptops, desktops e TVs HD.

Ao usar nossos dispositivos, milhares de componentes microscópicos, também conhecidos como transistores, operam incansavelmente nos bastidores, regulando correntes elétricas para exibir imagens e garantir operação suave. 

Agora, os transistores são categorizados como tipo n (transporte de elétrons) e tipo p (transporte de lacunas). Dispositivos tipo n geralmente demonstram desempenho superior. Mas se quisermos alcançar computação de alta velocidade consumindo pouca energia, os transistores tipo p também precisam atingir eficiência comparável.

Portanto, o foco está em transistores de filme fino de canal p de alto desempenho. Para produzir TFTs, geralmente um semicondutor como silício ou óxidos metálicos e uma camada dielétrica, normalmente de materiais inorgânicos, são depositados sobre um substrato não condutor como vidro ou plástico.

Agora, se quisermos usar as perovskitas como camadas de canal, ou seja, material semicondutor, em aplicações de transistores de filme fino, precisamos ajustar sua extrema concentração de lacunas. Também precisamos controlar o processo de cristalização para prolongar o tempo de espalhamento. 

Para regular a nucleação e cristalização dos precursores de perovskita de haleto Sn2+, são usados métodos de engenharia de composição. Eles permitem que os TFTs alcancem altas mobilidades de efeito de campo de lacunas que estão no nível de dispositivos policristalinos de baixa temperatura, que são usados principalmente nas indústrias fotovoltaica solar e eletrônica.

A principal técnica de deposição usada para filmes finos de perovskita de haleto Sn2+ é o processamento em solução, que é como absorver tinta em papel. Essa técnica fornece testes de otimização rápidos de forma econômica.

Esse rápido progresso no laboratório, bem como as perspectivas para futuras fabricações de baixo custo e alto rendimento, são a razão pela qual a maioria das pesquisas em torno do uso de materiais de perovskita de haleto em optoeletrônica está centrada principalmente em métodos de deposição baseados em solução.

No mundo real, porém, isso não é de forma alguma o caso. Isso ocorre porque transferir a técnica do laboratório para um ambiente industrial é desafiador. Quando implementado em uma cadeia de produção industrial optoeletrônica, mesmo os mais experientes têm dificuldade em alcançar rendimento de produção suficiente e reprodutibilidade com esse método.

Portanto, embora as perovskitas de haleto de estanho (Sn2+) processadas em solução sejam viáveis para TFTs de canal p com desempenho comparável ao da tecnologia comercial de polisilício de baixa temperatura, o problema surge não apenas na qualidade consistente, mas também na escalabilidade e comercialização devido à sua baixa compatibilidade com os processos de fabricação existentes para telas planas e dispositivos semicondutores. 

Técnicas de Deposição Baseadas em Vapor Assumem a Liderança

A deposição por vapor surgiu como uma alternativa às técnicas baseadas em solução para produzir Transistores de Filme Fino (TFTs).

Na verdade, é uma técnica popular e líder para eletrônicos de filme fino comercializados devido à sua simplicidade, excelência em precisão, qualidade de filme excepcional e compatibilidade com processos de produção convencionais. 

A espessura e morfologia do filme fino têm, de fato, um impacto crítico no desempenho de um dispositivo, e a deposição por vapor permite sua manipulação precisa.

Tanto a deposição física de vapor (PVD) quanto a deposição química de vapor (CVD) oferecem excelente controle sobre a espessura, composição e propriedades do filme. 

Devido às limitações das técnicas baseadas em solução, as técnicas de deposição baseadas em vapor são as mais comumente usadas em ambientes industriais reais, especialmente na fabricação fotovoltaica. Por exemplo, o fornecedor líder de soluções de energia solar, First Solar (FSLR ), usa processamento por vapor para produzir suas células solares de telureto de cádmio. Outro exemplo é a Heliatek GmbH, que utiliza evaporação térmica para seus fotovoltaicos orgânicos comerciais.

Mas, claro, as técnicas de deposição baseadas em vapor não são isentas de desafios. Isso inclui altos custos, complexidade do processo, rendimento limitado e restrições quanto ao tamanho e forma do substrato.

Um estudo do ano passado introduziu um método inovador² chamado sublimação flash contínua (CFS) para superar as limitações da deposição por vapor na produção de filmes de perovskita de haleto inorgânico de alta qualidade.

A técnica CFS deles possibilitou deposição rápida e contínua, reduzindo o tempo de fabricação e aprimorando a uniformidade do filme, o que é crucial para a produção escalável de dispositivos baseados em perovskita.

De acordo com os resultados do estudo, o uso de filmes derivados via CFS em células solares práticas resultou em desempenho que não apenas estava no nível dos filmes depositados por solução, mas também superior aos dispositivos de perovskita inorgânica totalmente depositados por vapor previamente relatados.

A pesquisa relatou eficiências de conversão de energia de 15%, fornecendo as “células solares processadas por vapor mais eficientes que utilizam um absorvedor de perovskita de haleto inorgânico”, ao mesmo tempo em que resolve os desafios das células solares de perovskita processadas por vapor, incluindo tempos de processamento muito longos e a falta de deposição contínua, ambos obstáculos à aplicação rápida de abordagens baseadas em vapor em escala industrial.

Revolucionando os Semicondutores com Camadas de CsSnI3 Vaporadas

Os processos de cristalização da deposição por vapor envolvem reações sólidas lentas, em contraste com reações iônicas rápidas no processamento em solução.

Isso torna um desafio alcançar canais de perovskita Sn2+ de alta qualidade e alta mobilidade com densidade de lacunas adequada por meio da deposição por vapor.

Para superar as limitações, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Dr. Youjin Reo e pelo Professor Yong-Young Noh do Departamento de Engenharia Química da Universidade de Pohang de Ciência e Tecnologia (POSTECH) desenvolveu uma tecnologia inovadora.

O que a equipe fez foi utilizar uma abordagem de evaporação térmica com CsSnI3 (iodeto de estanho césio inorgânico) para fabricar TFTs de perovskita de haleto Sn2+ de canal p, que demonstram potencial para revolucionar telas e dispositivos eletrônicos de próxima geração. 

O estudo, que foi conduzido em colaboração com os Professores Huihui Zhu e Ao Liu da University of Electronic Science and Technology of China (UESTC), foi publicado na Nature Electronics³ e recebeu apoio do Governo Coreano, da National Natural Science Foundation of China e da Samsung Display Corporation.

A equipe aplicou com sucesso a evaporação térmica, amplamente usada para fabricar chips semicondutores e TVs OLED, para produzir camadas semicondutoras de CsSnI3 de alta qualidade.

Sob este método, os materiais são vaporizados a altas temperaturas para criar filmes finos sobre um substrato.

Além de depositar por vapor TFTs de canal p baseados em CsSnI3 inorgânico, a equipe utilizou cloreto de chumbo (PbCl2) como aditivo. Apenas adicionando uma pequena quantidade de PbCl2, eles melhoraram a uniformidade e a cristalinidade dos filmes finos de perovskita. 

O funcionamento consistiu em usar o cloreto volátil como iniciador de reação, provocando reações no estado sólido dos compostos de perovskita evaporados, o que se estendeu à formação completa da fase perovskita. Por sua vez, isso promoveu grãos aumentados e densamente compactados de forma cascata. 

Além de facilitar a formação de filmes de perovskita consistentes e de alta qualidade, também modula a alta densidade de lacunas, tornando-os adequados para uso como camada de canal.

Os TFTs otimizados do estudo (TFTs CsSnI3:PbCl2) mostraram estabilidade de armazenamento a longo prazo (mais de 150 dias) e desempenho excepcional, alcançando uma mobilidade de lacunas superior a 33,8 cm² V⁻¹ s⁻¹ e uma razão de corrente liga/desliga (Ion/Ioff) maior que 10⁸. Esse desempenho foi comparável aos semicondutores de óxido tipo n atualmente comercializados, o que sugere processamento de sinal rápido e baixo consumo de energia durante a comutação.

Além disso, a equipe fabricou uma matriz de TFTs de perovskita de haleto Sn2+ em larga escala e uniforme. Com essa conquista, juntamente com o aumento da estabilidade do dispositivo, a inovação da POSTECH em colaboração com pesquisadores da UESTC supera efetivamente as principais limitações técnicas dos métodos baseados em solução.

Notavelmente, como é compatível com as ferramentas de fabricação existentes usadas na produção de displays OLED, a tecnologia apresenta potencial significativo para reduzir custos e simplificar os processos de fabricação.

De acordo com o estudo, os TFTs depositados por vapor têm potencial para serem usados em backplanes de displays de diodo orgânico emissor de luz (OLEDs) ou em dispositivos lógicos e circuitos para integração 3D monolítica, que requerem baixas temperaturas de processo.

“Esta tecnologia abre possibilidades empolgantes para a comercialização de displays ultrafinos, flexíveis e de alta resolução em smartphones, TVs, circuitos integrados empilhados verticalmente e até eletrônicos vestíveis, devido à baixa temperatura de processamento abaixo de 300 °C.”

– Professor Yong-Young Noh

À medida que os avanços em materiais semicondutores continuam a evoluir, vamos agora observar um grande player investível da indústria.

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Investindo em Semicondutores

No mundo dos semicondutores, Intel (INTC ) é uma das maiores empresas, e está fortemente investida no desenvolvimento de tecnologias avançadas de chips. À medida que a indústria avança para transistores menores e mais eficientes, inovações como perovskitas depositadas por vapor despertam grande interesse da Intel, que busca alternativas ao silício em aplicações específicas.

Além disso, a Intel está constantemente trabalhando na integração de novos materiais ao design de chips para melhorar o desempenho e a arquitetura geral dos chips. 

Intel Corporation (INTC )

A empresa opera através de três segmentos. Os Produtos Intel incluem Network and Edge (NEX), Data Center and AI (DCAI) e Client Computing Group (CCG). O segmento Intel Foundry é outro, enquanto todos os demais segmentos abrangem Altera, Mobileye e outros.

O maior fabricante de chips dos EUA conta com grandes fabricantes de PCs como Dell, Lenovo e HP como seus clientes. Também fabrica chips de ponta para o Departamento de Defesa dos EUA. Além disso, a Intel garantiu parcerias com empresas como Microsoft (MSFT ), Cisco, SAP e Amazon. 

A Intel tem um valor de mercado de US$ 91,23 bilhões, e suas ações estão atualmente negociadas a US$ 20,93, alta de 4,6 % neste ano até agora. Seu EPS (TTM) é -4,48, e o P/E (TTM) é -4,68, mas não oferece rendimento de dividendos aos acionistas.

Embora o desempenho da INTC tenha se tornado positivo este ano, os preços das ações ainda estão longe do pico de 2021 de quase US$ 67,5. 2023 foi um bom ano para as ações da Intel. Mas o ano passado foi difícil, com preços abaixo de US$ 19, e este ano, a incerteza trazida por tarifas e uma potencial guerra comercial tem afetado o amplo mercado de ações.

“O ambiente macro atual está criando incerteza elevada em toda a indústria,” observou o CFO David Zinsner. Enquanto a empresa adota uma “abordagem disciplinada e prudente” em uma chamada com analistas, Zinsner observou que políticas comerciais e riscos regulatórios “aumentaram a chance de uma desaceleração econômica, com a probabilidade de recessão crescendo.”

Algumas notícias positivas, porém, podem ser vistas na preparação da administração Trump para reverter as restrições de exportação de chips dos EUA conhecidas como ‘regra de difusão de IA’. Isso encerrará um conjunto de limites impostos aos fabricantes de semicondutores pela administração Biden e programados para entrar em vigor em 15 de maio.

Sob esta regra, os países são organizados em três diferentes níveis, e todos eles têm restrições quanto ao envio de chips avançados de IA, como os fabricados pela Intel e Nvidia (NVDA ), para o país sem licença.

“A regra de IA da Biden é excessivamente complexa, excessivamente burocrática e impediria a inovação americana. Nós a substituiremos por uma regra muito mais simples que libere a inovação americana e garanta a dominação da IA americana.”

– Department of Commerce spokesperson

Quanto às finanças da Intel, o primeiro trimestre de 2025 apresentou crescimento plano em relação ao ano anterior, com receita de US$ 12,7 bilhões, enquanto o lucro (prejuízo) por ação (EPS) foi de $(0,19) e o EPS non-GAAP foi de US$ 0,13. Isso vem após registrar receita de US$ 53,1 bilhões em todo 2024, queda de 2 % YoY, enquanto o EPS foi $(4,38) e o EPS non-GAAP foi $(0,13).

Espera‑se que a desaceleração continue no próximo trimestre, com a Intel projetando receita entre US$ 11,2 bilhões e US$ 12,4 bilhões. No entanto, a empresa anunciou planos de cortar despesas no próximo ano, o primeiro sob o CEO Lip‑Bu Tan. As despesas operacionais previstas para 2025 são de US$ 17 bilhões, e as despesas para 2026 são de US$ 16 bilhões.

“O primeiro trimestre foi um passo na direção certa, mas não há soluções rápidas enquanto trabalhamos para voltar ao caminho de ganhar participação de mercado e impulsionar crescimento sustentável,” disse Tan, que investiu em centenas de empresas tecnológicas chinesas. Sob sua liderança, a empresa está “tomando ações rápidas para melhorar a execução e a eficiência operacional, ao mesmo tempo em que capacita nossos engenheiros a criar ótimos produtos.”

Portanto, a Intel está claramente navegando em um período desafiador. Além da queda de receita e desempenho de mercado insatisfatório, a empresa está perdendo participação de mercado, e seus investimentos no negócio de fundição ainda não geraram resultados significativos. A Intel também teve falhas de execução ao lançar novos produtos.

Mas a reestruturação agressiva sob a nova liderança, que pode incluir demissões, especulações sobre uma cisão ou venda de participação na operação de fundição para a TSMC, e o potencial de retomar sua liderança com a Intel 18A, que já garantiu apoio da Microsoft e também está sendo considerada pela Nvidia e Google, pode ajudar a Intel a fazer um retorno significativo, embora a execução seja crucial aqui.

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Conclusão

Os semicondutores são a base da eletrônica moderna. E com a demanda por dispositivos mais baratos, rápidos e menores, a inovação de materiais tornou‑se mais importante do que nunca.

Nesse contexto, a descoberta alcançada pelo estudo mais recente demonstra um enorme potencial para disruptar as tecnologias convencionais de transistores de filme fino. Os avanços nos TFTs de perovskita de haleto Sn2+ depositados por vapor melhoraram a estabilidade térmica e a compatibilidade com os métodos de fabricação OLED existentes, destacando um futuro promissor para a integração de semicondutores baseados em perovskita em eletrônicos flexíveis e 3D. 

Por meio de tais inovações contínuas, avançamos rumo a um futuro com dispositivos inteligentes altamente compactos, energeticamente eficientes e flexíveis.

Clique aqui para uma lista das principais ações de equipamentos de semicondutores.

Estudos Referenciados:

1. Roth, A. N., Porter, A. P., Horger, S., Ochoa‑Romero, K., Guirado, G., Rossini, A. J., & Vela, J. (2024). Semicondutores sem chumbo: evolução de fase e estabilidade superior de chalcohaletos multibinários de estanho. Chemistry of Materials, 36(9), 4542–4552. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c00209

2. Abzieher, T., Muzzillo, C. P., Mirzokarimov, M., Lahti, G., Kau, W. F., Kroupa, D. M., Cira, S. G., Hillhouse, H. W., Kirmani, A. R., Schall, J., Kern, D., Luther, J. M., & Moore, D. T. (2024). Sublimação flash contínua de perovskitas haleto inorgânicas: superando limitações de taxa e continuidade da deposição por vapor. Journal of Materials Chemistry A, 12, 8405–8419. https://doi.org/10.1039/D3TA05881F

3. Reo, Y., Zou, T., Choi, T., et al. (2025). Transistores de perovskita de estanho de alto desempenho depositados por vapor. Nature Electronics. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01380-8