O pesquisador, inventor, professor e empresário Carlos Paz de Araujo nasceu no Brasil, na cidade de Natal (RN). Realizou seus estudos superiores em Engenharia Elétrica na Universidade de Notre Dame, nos Estados Unidos. Ao concluir seu doutorado em 1982, também na Universidade de Notre Dame, iniciou sua carreira de professor na Universidade de Colorado – Colorado Springs (UCCS), onde permanece até hoje. Em 1984 foi um dos fundadores da empresa Ramtron – atualmente líder em semicondutores ferroelétricos para diversas aplicações. Em 1986 cofundou a empresa Symetrix Corporation, dedicada à pesquisa em materiais avançados e processos para a indústria de semicondutores. Hoje, Paz de Araujo é chairman executivo da companhia. O palestrante é detentor de mais de 500 patentes concedidas nos Estados Unidos e outros países, sendo cerca de 200 delas sobre materiais para FERAM (ferroelectric random access memory). Paz de Araujo participou de 25 projetos de licenciamento e colaboração com entidades da indústria e do governo, como, por exemplo, Panasonic, Delphi, Harris, Hughes Aircraft, Siemens, Sony, Epson, Ramtron Corporation, STMicroelectronics, IMEC, Micron, Raytheon, NASA e Hynix. Em 2006 foi distinguido com o prêmio Daniel E. Noble da IEEE, por meio do qual a maior associação profissional do mundo, a IEEE, destaca contribuições notáveis em tecnologias emergentes. Paz de Araujo foi selecionado por suas contribuições fundamentais à área de memórias FERAM e à sua comercialização. O seu constante trabalho de desenvolvimento de tecnologias e transferência ao mercado resultou em bilhões de dispositivos comercializados em diversos países e utilizados em telefones celulares, leitores de DVD, computadores e cartões inteligentes, entre outros produtos.

No XII Encontro da SBPMat, Carlos Paz de Araujo proferirá uma palestra plenária na qual revisará o estado da arte em memórias não voláteis – memórias que conservam a informação armazenada mesmo estando desligadas da fonte de energia, como, por exemplo, as ROM, FLASH e as próprias FERAM. Memórias de tipo FERAM têm significativas vantagens com relação aos outros tipos de memórias não voláteis no que diz respeito a sua alta durabilidade, capacidade de serem regravadas, baixo consumo de energia e velocidade de gravação, entre outras características. As memórias não voláteis constituem um dos temas mais estudados desde final dos anos 1960 e são atualmente objeto de vigorosa pesquisa e desenvolvimento. O tema ainda apresenta muitos desafios à área de Materiais. Na palestra, Paz de Araujo também comentará oportunidades de pesquisa, desenvolvimento e comercialização desses dispositivos.

Segue uma entrevista com o palestrante.

Boletim da SBPMat (B. SBPMat): – Quais são os principais desafios que as memórias não voláteis apresentam atualmente à área de Materiais?

Carlos Paz de Araujo (C.P.A): – Como se sabe, existem dois tipos de memórias, as voláteis e as não voláteis. As primeiras, como a DRAM e SRAM (dynamic random access memory e static random access memory, repectivamente), dominaram o mercado por muito tempo, mas sempre se sonhou com ter uma memória universal que “não esquecesse” quando a potência é desligada. As memórias não voláteis hoje são dominadas pela FLASH, a qual está no fim da sua capacidade de melhorar.
Mas tanto as voláteis como as não voláteis estão chegando a seu limite de capacidade, velocidade e baixa potência. Então, o futuro está em achar uma boa memória não volátil que tenha os seguintes requisitos: baixo custo por bit; alta velocidade para ler, escrever e apagar; pouco uso de potência elétrica e grande capacidade de memória. Isso sempre foi um sonho, pois todas as memórias não voláteis criadas até hoje vivem pouco tempo – podem ser apagadas e reescritas apenas 100 mil vezes, no máximo – e são muito vagarosas na escrita (na base de 10 microsegundos por bit). Com o tempo, a memória FLASH bateu até a capacidade da DRAM, apesar de seu uso restrito em tempo de vida. Mesmo assim, o laptop que estou usando já não tem disco rígido e sim uma “FLASH drive”.
Atualmente, toda a pesquisa vai na direção das memórias não voláteis, e isso tem muitas implicações em termos de desafios. Primeiro, a cada geração de litografia (espessura de uma linha de metal num circuito integrado), existem problemas que forçam o desenvolvimento de novos materiais e tecnologia de processos físico-químicos. Por exemplo, um microprocessador Pentium feito com litografia de 45 nanometros fica muito mais complexo quando é feito a 22 nanometros. O próprio transistor básico, o MOSFET plano, não existe mais nesse segundo nível e passa a ser o FinFET. E, como tudo depende do transistor, toda a tecnologia muda. Imagine que o comprimento de onda da luz está na faixa de 200 a 400 nanometros… Então, uma linha de um material como o cobre de apenas 10 nanometros de largura é uma coisa muito complexa. Já a 32 nanometros, a memória FLASH tem apenas menos de 50 elétrons para guardar um bit. Dessa maneira é impossível ter boa qualidade, por isso fica difícil depender de uma memória FLASH para guardar informações com muita segurança – e muito menos no nível de 22 nanometros.
Na procura de uma nova memória, chegou a ferroelétrica (FERAM), mas ela não desce além de 90 nanometros porque o tratamento térmico para criar o material ocorre acima de 400° C, que é o limite máximo para tecnologias de 65 nanometros ou menos. Mesmo assim, a nível de microcontroladores embarcados e circuitos rápidos e de baixa potência, a FERAM é hoje a memória mais avançada e tem um mercado enorme.
Mas as duas memórias que concorrem para ganhar o nome de “memória universal” são resistivas, e, assim, não usam um capacitor para guardar a carga ou a informação. A resistiva que guarda a informação por meio de mudança de fase do material de condutor a isolador é chamada RERAM e a que usa um processo magnético de alinhamento de spin é a STTRAM (spin torque transfer RAM).
Eu criei uma nova versão da RERAM que chamo de CERAM (correlated electrons RAM), pois o processo de guardar informação depende da ocupação ou não de um orbital da camada 3d em elementos chamados metais de transição. Assim, elétrons de alta correlação são controlados para abrir ou fechar gaps na sua estrutura eletrônica, e assim serem responsáveis pelo efeito ultrarrápido de memória. Essa memória já é para a geração de 28, 22, 15 e 10 nanometros. Imagine então os desafios, não só de usar novos processos, mas também de compreender e desenhar essa interação em nível subatômico, onde as distâncias agora são de menos de 0,01 nanometro. Tanto a Física como a Ciência de Materiais e a Engenharia de Dispositivos mudam completamente, pois o elétron é agora uma onda, e não uma partícula como nos transistores de tamanhos maiores.

B.SBPMat:- Olhando para sua carreira de pesquisador e de inventor, quais foram suas principais contribuições ao avanço da pesquisa em Materiais? E quais foram os seus desenvolvimentos de maior impacto social?

C.P.A.: – Na área de Materiais, eu diria que a chave mestre foi a capacidade de desenvolvermos toda uma tecnologia de materiais com atividades não semicondutoras, isto é, dielétricos e ferroelétricos, de 200 a 5 nanometros, com propriedades úteis para novos dispositivos eletrônicos. Esse foi um avanço muito grande em materiais de origem metalorgânica em líquido e deposição tipo MOCVD (metalorganic chemical vapor deposition). Com isso, nós fizemos microcapacitores em chips que ainda hoje são usados em telefones celulares e aparelhos auditivos.
Além disso, com o desenho de materiais com a estrutura perovskita, nós aperfeiçoamos a memória ferroelétrica (FERAM) para funcionar 1.000 trilhões de vezes em escrever e apagar, com potência de apenas 1,2 volt. Muitos tipos de chips foram criados com isso. No mercado já tem 2 bilhões de unidades. A aplicação mais interessante é o circuito embarcado usado nos cartões de metrô e linha ferroviária japonesa, que é o mais seguro do mundo. Esses cartões são usados como cartão de crédito, transporte, para pagamento em lojas e restaurantes… Em fim, o e-cash do Japão todo usa esse componente. É extraordinário que já faça cinco anos que todos os PCs do Japão trazem a leitora de RFID embutida no teclado do computador para ler esses cartões. Todas as transações na Internet são feitas com esse cartão, com tecnologia originalmente do nosso grupo. O Brasil, infelizmente, ainda não quis essa tecnologia, mas quase todas as impressoras de jato de tinta ou a laser, assim como aparelhos de DVD, Playstation e outros já usam memórias FERAM.
Acho que essas são as coisas mais importantes que fizemos e que afetam a sociedade global.

B.SBPMat: – De acordo com a sua rica experiência em transferir tecnologia ao mercado, quais são os mecanismos mais eficientes para fazê-lo? Como você consegue que suas patentes sejam licenciadas por empresas e sejam aplicadas em tantos produtos?

C.P.A.: – Esta é uma pergunta muito complexa, e que não tem resposta muito simples. Eu diria que, depois de mais de 200 patentes já publicadas nos Estados Unidos e mais de 300 no resto do mundo, eu não tenho uma resposta perfeita que dê para todo mundo. No meu caso, em particular, eu só acredito em pesquisa que resolva um problema fundamental. Assim, depois de achado o problema, eu procuro não reinventar a roda, e procuro, quando necessário, ter “a física” completamente entendida. Trabalho numa relação muito forte entre experimentos e teoria. Depois que o modelo é achado, os experimentos são controlados e parâmetros de qualidade e repetibilidade são estreitados, até se sair do nível de laboratório e entrar na produção em massa. Assim, eu foco no que está sendo procurado (alguma coisa útil) e vejo onde está faltando a ponte entre pesquisa e aplicação. Essa ponte é mais pesquisa e mais teoria, mas seu fim é algo útil. Dessa maneira, mesmo chegando tarde ou não tendo a capacidade monetária de, por exemplo, uma Samsung, fica simples estar cara a cara ou na frente das grandes empresas, pois a gente acha a peça chave e patenteia e, com a patente, a gente barra o uso comercial até a indústria se render e comprar os direitos de nossas patentes. Nós fizemos isso várias vezes. A dificuldade é sempre achar o problema certo. As respostas são mais fáceis do que achar o problema certo.

B.SBPMat: – Fique à vontade para deixar algum outro comentário sobre sua palestra plenária para nossos leitores da comunidade de pesquisa em Materiais.

C.P.A.: – Eu vou tentar colocar a audiência em contato com o que é de maior importância na área de micro ou nanoeletrônica do ponto de vista do engenheiro de estado sólido. Isto significa que, na pesquisa, Materiais, Física e até Química são recursos que precisarão ser integrados para criar novas gerações de tecnologia. A nova eletrônica é criada por engenheiros de estado sólido de dispositivos trabalhando com físicos e cientistas de materiais.
Hoje quase todos os circuitos são compostos de memórias. A memória chega a ser 90% do chip. Nesse contexto, e considerando que hoje todos os dispositivos devem ser móveis e usar baixa potência, o ponto chave para o futuro bem próximo é a memória não volátil.
No momento, com esses novos sistemas de materiais para magnetismo e elétrons altamente correlacionados, o meio de guardar informações não é só o semicondutor. Na realidade, ele é válido só para circuitos lógicos, pois na estrutura de nenhum semicondutor existe efeito de memória.
Assim, existe sempre a chance de um país como o Brasil ficar na linha de frente em microeletrônica se ele souber que o semicondutor é uma commodity, e que o valor agregado está no final do processo, em acoplar a memória. Não vale a pena fazer uma fábrica de 3 bilhões de dólares quando se pode comprar uma lâmina com todos os transistores por 600 dólares e lhe agregar valor numa fábrica de 30 milhões de dólares.

Veja o resumo da palestra plenária do professor Carlos Paz de Araujo.

Veja o miniCV do palestrante.