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IBM segnala una svolta sui transistor a nanotubi di carbonio
Per decenni l'industria dei semiconduttori ha impacchettato sempre più transistor al silicio su ogni chip del computer per continuare a migliorare costantemente le prestazioni, ma quel processo raggiungerà presto i suoi limiti fisici. Ora i ricercatori dell'IBM affermano che un'importante svolta ingegneristica dà motivo di essere ottimisti sul fatto che un'alternativa promettente ai transistor al silicio, i transistor a nanotubi di carbonio, sarà pronta in tempo per prendere il posto del silicio.
Questa micrografia a colori mostra diversi transistor realizzati da un singolo nanotubo di carbonio. Le barre gialle sono elettrodi di metallo di dimensioni variabili e la debole linea verticale a circa un terzo dal lato destro dell'immagine è il nanotubo.
I nanotubi di carbonio, minuscoli cilindri fatti di fogli di carbonio arrotolati e spessi un atomo, hanno proprietà elettriche e termiche molto interessanti e teoricamente potrebbero costituire la base di circuiti che sono molto più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico rispetto a quelli odierni in silicio. Ma diverse importanti sfide di produzione ostacolano i dispositivi commerciali basati su transistor a nanotubi. I ricercatori IBM dicono di sì capito come superarne uno: come combinare i nanotubi con i contatti metallici che erogano corrente elettrica.
I transistor a nanotubi sono un'alternativa promettente perché a dimensioni molto ridotte sono più efficienti di quelli in silicio. Ma i primi dispositivi dimostrativi basati su nanotubi (vedi Il primo computer a nanotubi) avevano un numero di transistor inferiore di ordini di grandezza rispetto a quelli necessari per un dispositivo commerciale e hanno utilizzato contatti metallici relativamente grandi. Un chip commercialmente valido per un computer ad alte prestazioni avrebbe bisogno di miliardi di transistor e i contatti dovrebbero essere molto più piccoli. Questo è un dilemma, perché a questa scala le proprietà elettriche del metallo cambiano ed è più difficile far entrare corrente nei transistor per cambiarli. Più piccoli diventano i contatti, peggiore diventa questo problema.
I ricercatori hanno affrontato il problema modificando l'interfaccia tra un nanotubo ei due contatti metallici. Invece di depositarli sopra il tubo, come nello schema convenzionale per la costruzione di transistor a nanotubi, li hanno posizionati alle estremità del tubo e li hanno fatti reagire con il carbonio per formare un composto chimico diverso. Utilizzando questa tecnica, il gruppo ha dimostrato che contatti lunghi meno di 10 nanometri non compromettono le prestazioni. (I chip di silicio top di gamma di oggi hanno caratteristiche a 14 nanometri.)
Il successo del nuovo metodo significa che la capacità di fornire corrente ai transistor a nanotubi di carbonio è ora indipendente dalla lunghezza dei contatti metallici, afferma Wilfried Haensch, che guida il progetto sui nanotubi di IBM Research. Ora è chiaro che possono rendere i transistor piccoli quanto necessario, dice, e questo è un grande passo avanti verso l'obiettivo dell'azienda di avere la tecnologia dei nanotubi di carbonio pronta entro il 2020 (vedi IBM: Commercial Nanotube Transistors Are Coming Soon).
Rimangono notevoli sfide, riconosce Haensch. Dice che il recente lavoro supera solo uno dei tre principali ostacoli che si frappongono ai transistor a nanotubi di carbonio commercialmente validi. Un altro è che i nanotubi esistono in due forme, metallica e semiconduttrice, ma solo quelli semiconduttori sono utili per i transistor. Gli ingegneri devono migliorare notevolmente la separazione dei tubi metallici dai tubi semiconduttori. La seconda sfida rimanente è lo sviluppo di un modo affidabile e non litografico per posizionare miliardi di nanotubi esattamente dove sono necessari su un chip.
Ci sono stati molti progressi sul problema della separazione, dice Michele Arnaldo , professore di scienze dei materiali e ingegneria all'Università del Wisconsin, che non è stato coinvolto nella ricerca. Il nuovo risultato di IBM rappresenta una strategia fantastica per affrontare il problema del contatto, dice, anche se sottolinea che i ricercatori hanno finora dimostrato che funziona solo per uno dei due tipi di transistor necessari per svolgere funzioni logiche complementari. Quando si tratta di allineare i nanotubi sul chip, tuttavia, resta ancora molto lavoro da fare se la tecnologia vuole davvero sostituire il silicio, afferma Arnold.