Il top della miniaturizzazione dei semiconduttori

Il silicene, un nuovo materiale semiconduttore che associa proprietà del silicio e del grafene, è uno dei candidati più promettenti per la produzione di circuiti elettronici ancora più sottili per i dispositivi intelligenti del futuro.

“I componenti elettronici attualmente sono integrati in molti strati di atomi di silicio. Se si riuscisse a produrli su un singolo strato, le loro dimensioni potrebbero essere ridotte di molto e potremmo ridurre la perdita di energia, rendendo allo stesso tempo i dispositivi più potenti ed efficienti dal punto di vista energetico,” ha spiegato il dott. Athanasios Dimoulas, coordinatore del progetto 2D-NANOLATTICES dell’UE.

Il grafene è una sostanza interessante perché si presenta come un singolo strato di atomi, ma non possiede il “gap energetico” necessario per essere un materiale semiconduttore. Il silicene, una forma bidimensionale di silicio, porta le proprietà dei semiconduttori nel mondo dei materiali a 2D. Il problema del silicene, però, è che si modifica quando viene a contatto con altre sostanze come i metalli.

Componenti elettronici 100 volte più piccoli

Condensare i componenti elettronici in un singolo strato di silicene e mantenere il rendimento elettronico si è rivelato un compito difficile per i ricercatori – fino a questo momento. A partire da questo materiale, il progetto 2D-NANOLATTICES è riuscito a ottenere un’importante innovazione a livello mondiale costruendo un transistor a effetto di campo (Field Effect Transistor o FET) che funzioni a temperatura ambiente.

I FET sono un importante componente di commutazione nei circuiti elettronici. La loro integrazione in appena uno strato di atomi di silicio (una struttura di silicene), e il successivo trasferimento di questo strato, creato su una base di argento, su una base fatta di una sostanza più neutra, il biossido di silicio, è un successo considerevole. “I test hanno mostrato che il rendimento del silicene è molto, molto buono sul sostrato non metallico,” ha detto entusiasta il dott. Dimoulas, del Demokritos, il centro nazionale greco di ricerca scientifica.

“Il fatto che abbiamo questo transistor composto di un solo strato di un materiale come il silicio, è una cosa che non era mai stata fatta prima e si può quindi descrivere come una rivoluzione. Sulla base di questo risultato, potrebbe essere possibile fare transistor fino a 100 volte più piccoli in direzione verticale,” ha aggiunto il dott. Dimoulas.

Capirne le potenzialità

Adesso che il transistor è stato ridotto verticalmente, fino a un solo strato di atomi in 2D, le dimensioni si possono ridurre anche lateralmente, il che significa che la stessa superficie su un chip potrebbe alloggiare fino a 25 volte più componenti elettronici, ha calcolato il dott. Dimoulas.

Inoltre, l’uso di un canale singolo e stretto per condurre la corrente elettrica, riduce le perdite di energia, un problema che preoccupa da tempo l’industria dei semiconduttori: come ridurre ulteriormente le dimensioni senza surriscaldamento in forma di perdita di energia.

È una buona notizia per i produttori di chip, poiché la corsa per produrre la prossima ondata di tecnologie di comunicazioni diventa più competitiva con l’avvento delle reti mobili 5G.

2D NANOLATTICES, che ha ricevuto 1,63 milioni di euro di finanziamenti dal 7° PQ (nell’ambito dello schema Tecnologie Future ed Emergenti), è stato svolto dal 1° giugno 2011 al 31 agosto 2014 e comprendeva sei partner di quattro paesi dell'UE.