Collegare mondo analogico e mondo digitale

La legge di Moore trova terreno fertile nel settore dei chip che popolano il mondo digitale, ma non riesce a interfacciarsi con l’universo analogico, che rappresenta l’effettivo mondo fisico. L’aggiunta di funzionalità che non si adattano necessariamente a questa legge nei dispositivi elettronici rappresenta la nuova tendenza nell’industria dei semiconduttori, nota con il nome di More than Moore (MtM). Questo paradigma tenta di sviluppare semiconduttori metallo-ossido complementari (CMOS) che dovrebbero inaugurare una nuova fase del settore elettronico.

L’obiettivo del progetto IFOX (“Interfacing oxides”), finanziato dall’UE, consiste nell’analisi di nuove funzionalità elettroniche e magnetiche nelle eterostrutture complesse di transizione metallo-ossido. Gli scienziati stanno sviluppando la piattaforma dei materiali tesa all’inaugurazione di una nuova tendenza MtM e al superamento degli attuali standard dell’elettronica dei CMOS, grazie all’ottenimento di livelli prestazionali e funzionali che superano di gran lunga quelli attuali.

I partecipanti all’iniziativa si sono prefissati l’obiettivo di creare una base teorica finalizzata all’identificazione dei materiali e delle eterostrutture più promettenti, giungendo a fornire una dimostrazione del meccanismo che, nelle strutture formate esclusivamente da ossidi, garantisce una coesistenza di fenomeni di elettroresistenza e di magnetoresistenza nelle giunzioni a effetto tunnel. Da ricerche incentrate sulle interfacce tra vari ossidi sono emerse la presenza e la concentrazione di difetti aggiuntivi che limitano la stabilità e la configurazione elettronica delle interfacce.

L’iniziativa IFOX ha puntato i riflettori su attività volte all’ottimizzazione degli strati di ossidi ferroelettrici e ferromagnetici per lo sviluppo di film a base di ossidi di elevata qualità. Nello specifico, sono stati realizzati e caratterizzati oltre 50 film su substrati commerciali. Un altro importante traguardo raggiunto nell’ambito del progetto consisteva nella definizione delle condizioni di prototipazione e di trattamento relative alle nuove nanostrutture che rientrano nei limiti delle tecnologie di produzione esistenti.

Gli scienziati hanno adottato tutta una serie di tecniche per la caratterizzazione di circa 100 diversi sistemi di materiali sul piano elettronico, magnetico, ferroelettrico, multiferroico, optoelettronico e optomagnetico. Un altro aspetto importante analizzato nell’ambito dell’iniziativa consisteva nello sviluppo di sistemi di controllo in loco di parametri, quali i campi elettrici destinati a vari tipi di esperimenti basati sull’acquisizione di immagini. Questa attività ha reso possibile lo studio dell’accoppiamento magnetoelettrico interfacciale nelle eterostrutture.

Si prevede che l’iniziativa IFOX condurrà alla creazione di dimostratori di eterostrutture di ossidi funzionali adatte ad applicazioni industriali in grado di produrle su substrati in silicio caratterizzati da vaste aree di superficie. Gli esperti presenteranno inoltre una serie di condizioni limite per lo sviluppo e il trattamento di varie eterostrutture.

I risultati del progetto rappresentano un importante passo avanti in termini di attuazione del metodo More than Moore e di superamento degli attuali standard dell’elettronica dei semiconduttori metallo-ossido complementari, promuovendo, nel contempo, lo sviluppo di tecnologie basate su materiali a base di ossidi.