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I transistor a nanotubi più piccoli di sempre superano il silicio
Il più piccolo transistor a nanotubi di carbonio mai realizzato, un dispositivo a nove nanometri, ha prestazioni migliori di qualsiasi altro transistor di queste dimensioni.
Porta nano: Un'illustrazione concettuale mostra un nanotubo posizionato tra la sorgente e il pozzo di un transistor.
Per oltre un decennio, i ricercatori hanno promesso che i nanotubi di carbonio, con le loro proprietà elettriche superiori, avrebbero creato transistor migliori di dimensioni sempre più piccole, ma questa affermazione non era stata testata in laboratorio a questi estremi. I ricercatori dell'IBM che hanno realizzato i transistor a nanotubi affermano che questa è la prima prova sperimentale che qualsiasi materiale è un potenziale sostituto praticabile del silicio di dimensioni inferiori a 10 nanometri.
I risultati evidenziano davvero il valore dei nanotubi nel tipo più sofisticato di transistor, afferma John Rogers , professore di scienza dei materiali presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. Suggeriscono, molto chiaramente, che i nanotubi hanno il potenziale per fare qualcosa di veramente competitivo o complementare al silicio.
Il restringimento dei transistor al silicio negli ultimi decenni ha ridotto il costo dell'elettronica e ha portato a una maggiore potenza di elaborazione con un minor consumo di energia. Ma il ridimensionamento dell'elettronica al silicio potrebbe incontrare un ostacolo a circa 10 nanometri, afferma Aaron Franklin , ricercatore presso l'IBM Watson Research Center di Yorktown Heights, New York. Ora stiamo raggiungendo i limiti fisici, dice. Man mano che i transistor vengono ridotti, diventa più difficile controllare il modo in cui gli elettroni si muovono attraverso il canale di silicio per accendere e spegnere il transistor. Di fronte a questo comportamento indisciplinato e di consumo energetico, Intel ha annunciato lo scorso anno che sarebbe passata a un nuovo design di transistor tridimensionale per la sua generazione di chip a 22 nanometri. Altre aziende stanno lavorando ai cosiddetti transistor ultrasottili. Tuttavia, indipendentemente dalla forma, il silicio è silicio e trattarlo in dimensioni estremamente ridotte presenta problemi anche in questi nuovi progetti di transistor.
Molti materiali sono stati pubblicizzati come un potenziale sostituto del silicio, inclusi i nanotubi di carbonio. Quel materiale e altri hanno mostrato risultati promettenti in transistor più grandi, ma fino ad ora nessuno aveva dimostrato un transistor a nanotubi di carbonio più piccolo di 10 nanometri. Se i nanotubi non possono andare molto oltre il silicio, lavorare su di essi è una perdita di tempo, afferma Franklin. Abbiamo realizzato transistor a nanotubi con dimensioni scalate in modo aggressivo e abbiamo dimostrato che sono tremendamente migliori dei migliori dispositivi in silicio.
Per testare come le dimensioni di un transistor a nanotubi influenzassero le sue prestazioni, il gruppo di Franklin ha realizzato più transistor di diverse dimensioni lungo un singolo nanotubo. Ciò ha permesso loro di controllare eventuali variazioni che potrebbero verificarsi da nanotubo a nanotubo. Innanzitutto, hanno dovuto stendere uno strato molto sottile di materiale isolante su cui poggiare il nanotubo. E hanno sviluppato un processo in due fasi per aggiungere porte elettriche al nanotubo senza danneggiarlo. Queste tecniche non sono affatto pronte per la produzione, ma hanno permesso al gruppo IBM di realizzare i primi dispositivi a nanotubi più piccoli di 10 nanometri da testare in laboratorio. Il lavoro è descritto online nella rivista Nano lettere .
Il gruppo IBM ha dimostrato che il suo transistor a nanotubi a nove nanometri aveva un consumo energetico molto inferiore rispetto ad altri transistor della stessa dimensione. E può trasportare più corrente rispetto ai dispositivi al silicio comparabili, il che significa un segnale migliore.
Rimangono diversi importanti problemi di ingegneria, afferma Franklin. Innanzitutto, i ricercatori devono escogitare metodi migliori per produrre lotti puri di nanotubi semiconduttori: i tubi metallici nel mix cortocircuiteranno i circuiti integrati. In secondo luogo, devono trovare un modo per posizionare un gran numero di nanotubi su una superficie con un allineamento perfetto.