Transistor piccoli come atomi

Transistor piccoli come atomi

Una forma insolita ma complessa da utilizzare del silicio potrebbe portare a chip per computer molto più veloci di quelli attuali. E chi vedeva il potenziale di questo materiale, ora può rivendicare una piccola vittoria con la realizzazione del primo transistor in silicene.

Il silicene è formato da strati di silicio dello spessore di appena un atomo

Il silicene è formato da strati di silicio dello spessore di appena un atomo. Questa struttura conferisce al materiale delle straordinarie proprietà elettriche, ma comporta anche una particolare difficoltà di produzione e utilizzo. Persino il collaudo delle sue proprietà di base in laboratorio si è rivelato difficoltoso.

Recentemente, Deji Akinwande, un ingegnere informatico dell’Università del Texas ad Austin, ha elaborato un sistema per lavorare abbastanza bene con questo problematico materiale ed è riuscito a produrre i primi transistor in silicene. I primi dispositivi di questa nuova specie sono stati descritti su Nature Nanotechnology e stanno rispettando le promesse del silicene con una straordinaria velocità di operazione.

Un altro materiale dello spessore di un atomo, il grafene, che viene prodotto dal carbonio, ha attirato parecchia attenzione negli ultimi anni per merito delle sue proprietà elettriche.
Il fascino per il grafene, ci spiega Akinwande, sta nel fatto che è composto dal materiale che ha dato forma e nome alla Silicon Valley. In teoria, i produttori di chip dovrebbero riuscire a lavorare più facilmente con alcuni nuovi materiali. «Se riusciremo a ricavare buone proprietà da questo materiale, potremmo trapiantarlo immediatamente nell’industria dei semiconduttori», spiega Akinwande.

Nel 2007, Lok Lew Yan Voon, un fisico del Citadel Military College del Sud Carolina che ha pubblicato alcuni dei primi lavori teorici sul silicene, ha calcolato che le proprietà elettriche del materiale dovrebbero essere simili a quelle del grafene. In teoria, gli elettroni dovrebbero poter passare attraverso il grafene e il silicene senza incontrare particolari ostacoli, permettendo così di sviluppare circuiti molto veloci.

A differenza del grafene, però, il silicene non si trova in natura. Deve essere cresciuto in laboratorio su una lamina di argento. Il carbonio è anche più stabile nella sua forma bidimensionale, mentre gli atomi di silicio sono sottoposti a uno sforzo. Ad oggi, solo una manciata di gruppi di ricerca è riuscita a produrre silicene in laboratorio. Un gruppo, in Francia, ha coltivato un nastro in nanoscala nel 2010. Pochi altri sono riusciti a produrre il materiale nel 2012.

Una volta prodotto, per via della sua instabilità, il silicene deve immediatamente essere protetto. E questo rende difficile lavorarci. Akinwande ha scoperto un sistema per aggirare questo problema, crescendo il materiale su una sottile pellicola di argento ricoperta da ossido di alluminio. Il tutto viene quindi rimosso e posto su un wafer in biossido di silicio tenendo il lato di argento rivolto verso l’alto. Per finire, l’argento viene lavorato per creare i contatti elettrici del transistor. Una volta ultimato, il dispositivo risulta stabile e sottovuoto.

Il risultato potrebbe non risultare commercialmente pratico, ma secondo Lok costituisce una prima dimostrazione importante

Il risultato potrebbe non risultare commercialmente pratico, ma secondo Lok costituisce una prima dimostrazione importante. Le prestazioni del transistor sono in linea con le previsioni teoriche del silicio come autostrada veloce per gli elettroni. «Sono riusciti a fare quello che tante altre persone hanno cercato a lungo di fare» dice.

Stando a Patrick Vogt, un ricercatore della Technische Universität di Berlino ed uno di quei ricercatori che è riuscito a produrre il materiale in laboratorio, questa dimostrazione è particolarmente importante per via dello scetticismo attorno al potenziale del silicene. Vogt sta attualmente esplorando nuovi metodi per produrlo.

Fengnian Xia, un ingegnere elettrico dell’Università di Yale che sta sviluppando dispositivi elettronici basati sul grafene, sul fosforene, ed altri materiali bidimensionali, potrebbe essere considerato uno degli scettici. Secondo lui, i risultati presentati dal gruppo sarebbero buoni e rappresenterebbero un importante passo in avanti. Per quanto riguarda il potenziale commerciale del silicene, però, Xia non è convinto che questo materiale possa essere commercializzato più facilmente del grafene, o che abbia qualità di cui il grafene è privo.

Secondo Vogt, difficilmente il silicene sostituirà per intero il silicio, ma potrebbe andare ad accrescere le funzionalità dei chip odierni. «Questa è una dimostrazione che si può effettivamente fare qualcosa con il silicene», dice.

(Traduzione di Matteo Ovi)