A Química Invadindo a Eletrônica
Você já pensou como seria a sua vida sem os chips eletrônicos? Seria bem simples, porque não teria televisão, rádio, celular, relógio, videogame, computador, satélite, foguete...
Agora que você já percebeu como os chips são importantes, vamos aprender o que são e como são fabricados.
O chip é uma plaquinha de silício (Si) com, no máximo, meio centímetro e que guarda um circuito eletrônico complicado. O silício foi escolhido para fazer os chips, pois tem uma característica muito importante: se for impregnado pelas substâncias boro (B) ou fósforo (P), as suas características elétricas são alteradas radicalmente. Portanto, não é preciso colocar os componentes eletrônicos sobre o chip, eles podem ser criados a partir do próprio silício usando boro e fósforo. Por isso que podem ser tão pequenos. Bem, vamos deixar de conversa e começar a fazer o nosso chip:
1) O primeiro passo é conseguir o silício puro a partir da sílica (SiO2), nossa conhecida areia. Isto é feito aquecendo a areia com carvão (carbono):
sílica + carbono → silício + monóxido de carbono
O silício obtido é purificado e fundido em placas que lembram um CD, chamadas de wafers. É sobre o wafer que são feitos os chips.
2) A superfície de cima do wafer de silício é oxidada com oxigênio para formar uma fina camada de SiO2.
Você deve estar se perguntando, para que formar de novo SiO2? É que como esse material é isolante elétrico (como o plástico), ele servirá para separar os componentes eletrônicos do chip, para não dar curto-circuito.
3) Agora temos de abrir buracos nessa camada de SiO2 para fazer esses componentes eletrônicos. Isto é feito assim: usando técnicas fotográficas muito precisas, um computador imprime o desenho dos chips sobre o wafer. Aí, mergulha-se o wafer no ácido para que ele ataque e retire o SiO2 que não estiver protegido pela tinta.
Depois de lavada a tinta do wafer, a fina camada de SiO2 estará cheia de buracos e caminhos abertos pelo ácido. E embaixo dessas “janelas” está o silício puro.
4) Já que temos as janelas abertas para o silício, podemos fazer os componentes eletrônicos. Você se lembra de quais eram as substâncias usadas para mudar as características elétricas do silício? Isso mesmo, o boro e o fósforo. O nosso wafer entrará em dois fornos, um com boro e outro com fósforo gasosos, e essas substâncias vão penetrar no silício pelos buracos abertos na camada de SiO2.
5) O chip está quase pronto. Já temos todos os circuitos eletrônicos montados sobre o wafer, só falta recortar os chips e colocá-los em caixinhas bem fechadas para ficarem protegidos. E, finalmente, ligar o chip ao aparelho para o qual ele foi construído.
E, então, achou muito complicada a fabricação do chip? Fique sabendo que ela é muito, mas muito mais complicada do que pareceu. São poucos os países que dominam todo o processo de fabricação. O Brasil só inaugurou sua primeira fábrica de chips em 2013.
O universo dos chips é muito delicado e preciso. O ar que circula na fabrica de chips deve ser mais limpo que o ar de um hospital. E os funcionários se vestem como mergulhadores, tudo porque um grão de poeira é capaz de estragar todo o trabalho.
Mas o que é o silício?
O silício (Si) é o segundo elemento químico da família do carbono. E, ao contrário do que você pensa, ele não está só nos pequenos chips. O silício também está no cimento e no vidro. Ele é o segundo elemento mais abundante da face da Terra (o primeiro é o oxigênio).
Mesmo abundante, o silício não é achado puro. Está sempre ligado ao oxigênio, formando a sílica (SiO2). E a sílica é nada mais nada menos que areia. Se o silício estiver ligado a outros elementos além do oxigênio, temos os silicatos. Por exemplo: o cimento é um silicato de alumínio, o vidro é um silicato de sódio e todos os cristais são diferentes silicatos.
E ainda tem mais, se o silício e o carbono formarem uma cadeia de átomos têm-se os silicones.
Jorge Andrey W. Gut, Eng. Química da USP