O wafer de circuito integrado que podemos ver na imagem da capa deste artigo é feito de carboneto de silício policristalino e foi fabricado inteiramente na Espanha. É uma prova palpável de que a tecnologia necessária para produzi-lo já está em as mãos de engenheiros espanhóis. O nome que um wafer costuma receber quando ainda não foi submetido aos processos litográficos necessários para transferir o padrão que contém a lógica dos chips é substrato.
Este componente é o verdadeiro ponto de partida da fabricação de semicondutores. Como veremos mais adiante, as propriedades elétricas dos substratos de carboneto de silício policristalino são mais atraentes do que as das pastilhas de silício convencionais. Em todo caso, antes de prosseguirmos, interessa-nos notar algo interessante: o nome do projeto que vamos investigar neste artigo, DioSiC, vem da combinação da palavra ‘diodo’ e da fórmula química do carboneto de silício (Sic).
E é um composto no qual intervêm dois elementos químicos: silício (Si) e carbono (C). Curiosamente, a sua estrutura molecular confere-lhe uma propriedade invulgar: é quase tão duro como o diamante. No entanto, o que o torna tão atraente como material semicondutor é suas propriedades físico-químicas peculiares. Aliás, alguns especialistas, como o professor Pulickel M. Ajayan, do Departamento de Ciência de Materiais e Nanoengenharia da Universidade Rice, no Texas (EUA), defendem que tem a capacidade de revolucionar a microeletrónica.
Não é apenas muito importante para Espanha; É também essencial para a Europa
O objetivo do projeto DioSiC é desenvolver as tecnologias necessárias para permitir a fabricação em larga escala de wafers de carboneto de silício policristalino. Este plano enquadra-se no PERTE para Microelectrónica e Semicondutores (popularmente conhecido como PERTE Chip) e tem um orçamento de 3,3 milhões de euros para o qual o Estado contribui, assumindo 68% do custo. Parece bom, mas há outra coisa que não devemos ignorar: a razão pela qual este projecto é tão importante para a Europa como é para Espanha.
A Europa está a fazer tudo o que está ao seu alcance para fortalecer a sua cadeia de abastecimento ligada à indústria de circuitos integrados
A atual situação de tensão nas esferas geopolítica e geoestratégica mantida pelos EUA e pela Europa, por um lado, e pela China, por outro, está a fazer com que o Velho Continente faça tudo o que estiver ao seu alcance para fortalecer a sua cadeia de abastecimento ligada à indústria integrada. circuitos. Seu propósito é acabar com sua profunda dependência de fornecedores asiáticos em geral, e da China em particular, portanto, ter sua própria fábrica de fabricação de substratos de carboneto de silício é crucial para atingir esse objetivo. É para Espanha e também para a Europa porque atualmente carece deste recurso.
O projecto DioSiC iniciou o seu percurso no final de 2023 e terá a duração de 26 meses, pelo que presumivelmente as empresas espanholas nele envolvidas concluirão o desenvolvimento das inovações necessárias para o fazer avançar no início de 2026. Ou, talvez, se tudo correrá como seda, no final de 2025. Seja como for, é importante não esquecermos que além de consolidar a independência de Espanha e da Europa em relação a terceiros países, este plano visa reduzir o custo de produção de circuitos integrados em 30% e, ao mesmo tempo, aumentar seu desempenho em 35%.
O silício está estabelecido há décadas como o semicondutor mais utilizado, mas não é a melhor opção para todas as aplicações. O carboneto de silício é muito mais adequado para eletrônica de alta potênciao que o posiciona como um semicondutor extraordinariamente atraente para as indústrias de carros elétricos e de energia renovável.
No slide que publicamos acima destas linhas podemos ver que o carboneto de silício difere claramente do silício em alguns parâmetros-chave que determinam o desempenho elétrico dos semicondutores, como o gap de energia ou bandgap (energia de banda proibida), a velocidade de saturação ou o índice de condutividade térmica. Eles também diferem perceptivelmente se nos atermos à mobilidade dos elétrons, o que justifica seu desempenho elétrico diferente e a adequação do carboneto de silício para eletrônica de alta potência.
Estas três empresas espanholas têm um grande desafio nas mãos
Os verdadeiros protagonistas deste artigo são a empresa asturiana Nanoker Advanced Ceramics, a empresa de Burgos Hiperbaric e a basca Fagor Electrónica. A primeira delas é especializada na fabricação de produtos cerâmicos nanocompósitos avançados, e participa no ITER, o reator experimental de fusão nuclear que um consórcio internacional está a construir na cidade francesa de Cadarache, assumindo a responsabilidade pela produção de alguns dos seus componentes críticos. No entanto, este não é de forma alguma o seu único cliente na indústria de tecnologia de ponta.
As tecnologias SPS (‘Spark Plasma Sintering’) e HIP (‘Hot Isostatic Pressing’) desempenham um papel de liderança na fabricação de substratos de carboneto de silício policristalino.
E a Nanoker também vende componentes para a ASML, empresa holandesa que atualmente lidera o mercado de equipamentos de litografia graças às suas máquinas ultravioleta extrema (EUV) e de alta abertura. O slide que publicamos abaixo destas linhas descreve o processo de fabricação de substratos de carboneto de silício, e grande parte da responsabilidade recai, justamente, sobre a Nanoker. Neste artigo não precisamos saber em detalhes como é produzido um wafer desse material semicondutor, mas vale a pena fazer uma pausa nas técnicas SPS (Sinterização por Plasma Spark) e HIP (Prensagem Isostática a Quente).
A primeira delas é uma inovação desenvolvida pelos engenheiros da Nanoker para sinterizar componentes cerâmicos, metais, compósitos e nanomateriais avançados como os que esta empresa espanhola vende ao ITER, CERN ou ASML. Uma observação interessante: a sinterização é um processo eminentemente térmico que permite a produção de objetos sólidos com grande resistência mecânica e com uma densidade perfeitamente controlada. Uma vez concluído o SPS, é necessário submeter os substratos de carboneto de silício policristalino a alta pressão isostática em alta temperatura, a fim de eliminar defeitos nos wafers e otimizar suas propriedades mecânicas e elétricas.
Os responsáveis por realizar este último processo, conhecido como HIP, são as máquinas desenvolvidas pela Hiperbaric. Esta empresa controla actualmente 65% do mercado mundial de máquinas de alta pressão, e um dos seus equipamentos custa entre 700.000 e 3 milhões de euros dependendo da sua dimensão e características.
As máquinas desta empresa são capazes de submeter substratos de carboneto de silício a uma pressão de até 2.000 bar e a uma temperatura máxima de 2.000 ºC. Estas condições permitem que a tecnologia HIP homogeneizar a microestrutura dos substratos, aumentar a sua densidade e minimizar as tensões residuais. Resumindo, como mencionei algumas linhas acima, eles otimizam as propriedades dos wafers de carboneto de silício policristalino.
A empresa Fagor Electrónica do País Basco também desempenha um papel muito importante na produção de semicondutores de carboneto de silício. E será responsável pela fabricação de circuitos integrados utilizando os substratos produzidos com as tecnologias desenvolvidas pela Nanoker e Hiperbaric. Mikel Pérez, diretor de P&D da Fagor, encerrou o dia de apresentação do projeto DioSiC compartilhando conosco uma declaração de intenções:
“Este projeto é o primeiro passo para lançar uma fábrica de carboneto de silício na Espanha. Esse é o nosso objetivo e é nisso que estamos trabalhando”.
É onde está. Durante a nossa conversa com eles, os responsáveis da Nanoker, Hiperbaric e Fagor Electrónica garantiram-nos que estão convencidos de que, para além dos desafios que coloca, o projecto DioSiC se concretizará. Oxalá seja assim. Para o bem da Espanha. E o da Europa.
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