ENTREVISTAS

Entrevista exclusiva ao LQES NEWS, de Jacobus W. Swart, Professor da
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Departamento
de Semicondutores, Instrumentos e Fotônica da UNICAMP.

Jacobus W. Swart formou-se engenheiro e doutor em engenharia eletrônica, pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo em 1975 e 1981, respectivamente. Realizou programas de pós-doutorado na Universidade Católica de Leuven, Bélgica e no Research Triangle Institute, na Carolina do Norte, EUA. Trabalhou como pesquisador visitante, por períodos curtos, na Universidade de Cornell, EUA, no Institute of Mobile and Satellite Communication Techniques, Duisburg, Alemanha, e na Universidade de Bordeaux, França. Atualmente é Professor Titular na Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, da Universidade Estadual de Campinas, e foi Diretor do Centro de Componentes Semicondutores da mesma universidade, de 1998 a 2005. Anteriormente à sua filiação à UNICAMP, em 1988, foi professor assistente na Escola Politécnica da USP e trabalhou como pesquisador no Centro Tecnológico para Informática (hoje CenPRA), em Campinas, SP e na SID Microeletrônica, em Contagem, MG. Foi duas vezes presidente da Sociedade Brasileira de Microeletrônica. É bolsista de produtividade em pesquisa do CNPq, com qualificação nível 1A. Foi membro do CA-EE do CNPq e atualmente é membro do Conselho Deliberativo do CNPq. É coordenador da rede de pesquisa NAMITEC, do programa Instituto do Milênio do CNPq. Bem recentemente (abril de 2007) foi nomeado pelo MCT Diretor do CenPRA.



LQES - Prof. Jacobus, em muitos ambientes, no Brasil, sejam eles acadêmicos ou governamentais, têm sido observados posicionamentos "quase antagônicos", muitas vezes, entre a microeletrônica e a nanotecnologia. Caso concorde com esta observação, a que o senhor atribui tal situação?

JWS - Concordo com esta observação. Infelizmente ouve-se com freqüência o discurso que diz que o Brasil perdeu o bonde da microeletrônica e que a nanotecnologia é algo diferente e de futuro, da qual poderemos participar mesmo sem dominar a microeletrônica. A verdade é que a microeletrônica atual já alcançou a escala nanométrica e constitui uma grande parte do mercado de nanotecnologia. Ou seja, nesta área da nanotecnologia trata-se de uma rápida e custosa evolução a partir da microtecnologia. Tal evolução requereu muita pesquisa em novos materiais e técnicas de micro e nanofabricação, porém mantendo sempre o mesmo substrato semicondutor de silício. A micro e a nanoeletrônica baseiam-se na tecnologia chamada "top-down", ou seja, na moldagem das estruturas pela remoção localizada de materiais previamente depositados sobre toda a superfície, de cima para baixo, portanto. Ao contrário, o crescimento de espécies orgânicas na natureza dá-se pelo processo chamado "bottom-up": crescimento da estrutura de forma localizada, de baixo para cima. Muitos especialistas prevêem uma convergência destas duas técnicas em processos nanotecnológicos, no futuro. Assim, ao desprezar e não dominar as técnicas de fabricação do tipo "top-down", o domínio ou alcance da nanotecnologia ficará bastante limitado. Como pode, então, prevalecer no país o antagonismo entre microeletrônica e nanotecnologia? Possivelmente por uma questão de oportunismo, a partir do fato da microeletrônica não ter se desenvolvido satisfatoriamente no país. Realmente, o desenvolvimento da microeletrônica no Brasil foi muito limitado, por várias causas. Isto dá espaço ao descrédito e oportunidade para justificar o direcionamento dos recursos para áreas de interesses outros. É bastante preocupante esta posição, pela limitação que causará no domínio abrangente da nanotecnologia e pela enorme importância dos semicondutores em "todos" os produtos atuais, de forma direta ou indireta.

LQES - Nos diferentes documentos internacionais que tratam das possibilidades e potencialidades da nanotecnologia, sempre está presente a nanoeletrônica. Como o senhor vê o desenvolvimento desta área no Brasil? Quais as possibilidades de uma interação entre a academia e o setor produtivo, dentro deste cenário.

JWS - Realmente, a nanoeletrônica representa uma fatia significativa do universo da nanotecnologia. Uma fração significativa dos circuitos integrados pode ser classificada como nanoeletrônicos. Atualmente o mercado global de semicondutores é da ordem de US$ 250 bilhões e o de sistemas compostos por componentes semicondutores está quase alcançando o montante de US$ 2 trilhões.

Agora, o desenvolvimento da nanoeletrônica passa, necessariamente, pela microeletrônica. É muito difícil ir do nada diretamente à produção de circuitos nanoeletrônicos. Assim, o caminho natural é investir inicialmente em nichos de semicondutores, para crescer gradualmente a partir deles, a partir de uma infra-estrutura inicial composta por fábricas de componentes para mercados específicos, formação de uma rede de produtores e fornecedores de insumos, serviços auxiliares e recursos humanos. Como exemplos de nichos podemos citar: células fotovoltaicas; lâmpadas LED (Light Emitting Diodes); dispositivos de potência; fábrica CMOS, não no estado da arte, para aplicações na indústria automobilística; identificação por radiofreqüência (RFID); segurança (por exemplo, câmaras digitais), e outros. A Rússia, outro país que está fora do mapa mundial de produtores de microeletrônica, por exemplo, está instalando uma nova fábrica CMOS para atender, entre outras, a fabricação de chips para passaporte de seus próprios cidadãos. Numa segunda fase, poder-se-ia pensar em avançar no campo da nanoeletrônica, ou seja, CMOS no estado da arte e novas tecnologias.

Na academia pode-se realizar, como já feito em escala reduzida, pesquisa e desenvolvimento em tecnologias para micro e nanoeletrônica. A maior dificuldade, no entanto, refere-se à falta da indústria de semicondutores no país (reduzida a quatro empresas pequenas), o que se reflete no exíguo investimento nos laboratórios universitários e, sobretudo, no interesse de novos alunos pela área. De forma ainda tímida, existe uma interação entre a academia e a indústria na área, porém, isto só poderá crescer com um significativo crescimento industrial, o que, por sua vez, só ocorrerá com uma política efetiva de promoção, com incentivos adequados, redução de barreiras e burocracia alfandegária, entre outras ações.

LQES - A mídia brasileira e internacional têm colocado que o iPod é um equipamento eletrônico que "contém" nanotecnologia. Isto é realmente correto, ou apenas um apelo comercial?

JWS - A colocação é correta. Tanto o iPod, como o seu pen-drive e outras memórias re-programáveis (memórias tipo flash) contêm nanotecnologia. Estas memórias são fabricadas usando transistores MOS (Metal-Óxido-Semicondutor) contendo uma porta dupla, sendo a do meio flutuante, que pode ser carregada por corrente elétrica de tunelamento, através do dielétrico ultrafino. Eventualmente, esta porta flutuante pode ser substituída por nanoagregados de Si, embebidos no dielétrico. Em ambos os casos, trata-se de nanoeletrônica, pois a estrutura emprega não só dimensões nanométricas como o mecanismo quântico de tunelamento de elétrons.

LQES - Empresas como a IBM e a Intel estão anunciando a tecnologia de 45 nm para seus novos chips baseados em materiais dielétricos de elevada constante k, ou seja, os chamados materiais high-k, à base de háfnio. O senhor poderia explicar qual a vantagem desta tecnologia, frente àquela que só vem utilizando silício.

JWS - Na verdade, o dielétrico à base de háfnio não substitui o semicondutor silício, mas apenas o dielétrico ou isolante da porta dos transistores MOS, tradicionalmente constituído por óxido de silício estequiométrico, ou ainda por um oxinitreto de silício (óxido de silício contendo pequena fração de nitrogênio). O sucesso do desenvolvimento da tecnologia dos circuitos integrados de silício, desde sua origem, deve-se à excelente combinação do silício e seu óxido natural nativo. É comum referir-se a esta combinação como uma "dádiva da natureza", que neste caso foi realmente muito benevolente. O óxido de silício cresce naturalmente sobre o silício, formando um excelente dielétrico com baixa densidade de estados e de cargas na interface. Outra característica importante, fruto da combinação destes dois materiais, é a proximidade entre suas constantes de dilatação térmica. Estas propriedades permitiram o desenvolvimento do processo planar de fabricação de circuitos integrados e a fabricação de transistores MOS de bom desempenho. A conhecida lei de Moore se dá pela redução gradual, em escala, de todas as dimensões da estrutura dos transistores, tanto as dimensões horizontais como as verticais. A figura abaixo mostra a evolução da espessura do dielétrico de porta MOS, de óxido de silício, ao longo dos anos, com indicação das gerações tecnológicas, chegando a 1,2 nm de espessura, para as tecnologias de 90 e 65 nm. Observa-se que a espessura foi mantida constante nestas duas gerações tecnológicas. O motivo é a impossibilidade de uma redução adicional da espessura, devido à corrente proibitiva de tunelamento através de óxidos mais finos, entre o material de porta e o semicondutor da estrutura MOS. A solução sugerida para este problema, postergada para a tecnologia de 45 nm, é a substituição do dielétrico de óxido de silício por outro dielétrico que tenha uma constante dielétrica maior. Isto permite usar uma espessura de dielétrico maior para a capacitância desejada para o bom desempenho elétrico do dispositivo (lembre que a capacitância por unidade de área é dada pela relação da constante dielétrica do isolante pela sua espessura). Desta forma, devido à espessura maior do dielétrico, elimina-se o problema da corrente de tunelamento pelo isolante entre a porta e o semicondutor. O preço para esta solução envolve o uso de um novo material e um novo processo, que dificilmente resulta na mesma qualidade de interface que a combinação silício e óxido de silício. Esta solução exigiu mais de uma década de pesquisa para a fabricação de transistores com desempenho adequado.

LQES - No contexto da indústria eletrônica atual, como o senhor avalia as potencialidades da chamada "eletrônica flexível"?

JWS - A eletrônica flexível, baseada em semicondutores orgânicos, é bom frisar, não visa substituir semicondutores inorgânicos, mas sim complementá-los em aplicações específicas. O desempenho de transistores orgânicos é muito inferior ao de transistores inorgânicos, devido à baixa mobilidade eletrônica nos primeiros. Porém, há aplicações onde velocidade de chaveamento dos transistores e/ou dispositivos optoeletrônicos não tem muita importância, e sim a flexibilidade do seu uso e o seu custo de produção. Entre estas aplicações temos displays flexíveis e de baixo custo (tela de celular, computador e televisão, jornal eletrônico, circuitos de identificação por radiofreqüência, LED para sinalização e iluminação, células fotovoltaicas, etc.). Esta área ainda está em desenvolvimento e tem muito espaço para crescimento e para novas aplicações.

LQES - Uma das redes de pesquisa mais importantes do país - o Projeto Namitec - Tecnologias de Micro e Nanoeletrônica para Sistemas Integrados Inteligentes, sediado na Unicamp -, está sob sua coordenação. O senhor poderia tecer alguns comentários sobre as atividades da rede?

JWS - Esta rede de pesquisa tem a participação de aproximadamente 100 pesquisadores, de 19 instituições de pesquisa e ensino, localizadas em 11 estados do país. Sua área de atuação é relativamente ampla, incluindo materiais e técnicas de micro e nanofabricação, dispositivos semicondutores (inorgânicos e orgânicos, bem como nanoeletrônicos), dispositivos sensores tipo MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), dispositivos optoeletrônicos, desenvolvimento de ferramentas de software para projeto de circuitos integrados, projeto de circuitos integrados e sistemas em chip, redes de sensores para diferentes aplicações. Uma das aplicações, envolvendo a Embrapa, UnB e outros, refere-se a um sistema de controle de irrigação para agricultura, por meio de uma rede de sensores de umidade, conectados por radiofreqüência à central, permitindo o controle pontual da irrigação. A rede estimula a colaboração entre os pesquisadores, aumentando assim a produção de artigos científicos, produtos e a formação de recursos humanos.

LQES - Normalmente, terminamos as entrevistas com a mesma pergunta: que conselhos o senhor daria a um estudante que estivesse interessado em trabalhar em micro/nanoeletrônica, dentro de uma perspectiva acadêmica ou mesmo industrial?

JWS - A área de micro/nanoeletrônica e suas correlatas (MEMS, optoeletrônica) é fascinante e multidisciplinar. Além disto, é de fundamental importância para a economia, para a agregação de valor e inovação de produtos nos vários setores. Por exemplo, a agricultura de precisão não pode prescindir de inúmeros sensores e processamento de dados para sua otimização. Analogamente, isto vale para uma medicina moderna e mais acessível. Os sensores, a eletrônica e a computação estão cada vez mais ubíquos, escondidos ou embutidos nos produtos. A sua multidisciplinaridade oferece espaço para profissionais de várias áreas, incluindo engenheiros eletrônicos, mecânicos, biomédicos e de computação, físicos, químicos, matemáticos, biólogos, entre outros. A evolução na área ainda tem um longo caminho a percorrer, com muito espaço para inovação, novas aplicações e mercados. A sua rápida evolução, no entanto, requer que o estudante tenha uma boa formação básica, nos fundamentos científicos, para que possa acompanhar a evolução, inovar e propor novas soluções ao longo da sua vida profissional.

LQES - Muito obrigado e grande sucesso em suas atividades.

Nota do Managing Editor: entrevista feita pelo Professor Oswaldo Luiz Alves - Coordenador do Laboratório de Química do Estado Sólido (LQES) e Scientific Editor do LQES Website e do LQES NEWS - , em abril de 2007, via Internet.

Nota do Scientific Editor: enquanto esta entrevista estava sendo finalizada o Prof. Jacobus W. Swart recebeu a notícia de sua nomeação, pelo Ministro da Ciência e Tecnologia (MCT) Sergio Rezende, para a Direção do CenPRA (Centro de Pesquisas Renato Archer), em Campinas (SP).