Il silicio denso di atomi rende i transistor pazzeschi

Una nuova forma di silicio esotica ma difficile da usare viene considerata come un modo per costruire chip per computer molto più veloci. E ora, coloro che ne vedono il potenziale possono rivendicare una piccola vittoria realizzando i primi transistor con la roba.

Un'immagine del silicio al microscopio a scansione di tunnel.

Il materiale in questione, chiamato silicene, è formato da strati di silicio spessi appena un atomo. Questa struttura conferisce al materiale proprietà elettriche fantastiche, ma significa anche che è diabolicamente difficile da produrre e lavorare. Anche testare le sue proprietà di base in laboratorio si è rivelato difficile.

Ora Deji Akinwande , un ingegnere informatico presso l'Università del Texas ad Austin, ha capito come lavorare con il materiale ostinato abbastanza bene da realizzare i primi transistor al silicio. I suoi dispositivi unici nel loro genere sono descritti oggi nel diario Natura Nanotecnologia , e mantengono la promessa del silicone cambiando con una velocità straordinaria.

Un altro materiale spesso come un atomo, il grafene, che è costituito da carbonio, ha attirato l'attenzione negli ultimi anni per le sue proprietà elettriche. Il fascino del silicone, dice Akinwande, è che è fatto con il materiale su cui è stata costruita la Silicon Valley. In teoria, dovrebbe essere più facile per i produttori di chip lavorare rispetto a un nuovo materiale. Se riusciamo a ricavarne buone proprietà, possono essere immediatamente tradotte dall'industria dei semiconduttori, afferma Akinwande.

Nel 2007, Lok Lew Yan Voon , un fisico del Citadel Military College della Carolina del Sud, 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 possono attraversare sia il grafene che il silicio senza incontrare tanti ostacoli, consentendo circuiti molto veloci.

A differenza del grafene, tuttavia, il silicio non si trova naturalmente. Deve essere coltivato in laboratorio su una lastra d'argento. Il carbonio è anche più stabile nella sua forma bidimensionale, mentre gli atomi di silicio sono sotto sforzo in questa forma. Ad oggi, solo una manciata di gruppi è riuscita a produrre il silicio in laboratorio. Un gruppo, in Francia, ha coltivato un nastro su scala nanometrica nel 2010. Pochi altri sono riusciti a fabbricare il materiale nel 2012.

Una volta prodotto il silicio, la sua instabilità significa che deve essere protetto e questo rende difficile lavorarci. Akinwande ha trovato un modo per aggirare questo problema coltivando silicene su una sottile pellicola di argento ricoperta di ossido di alluminio. Il tutto viene quindi staccato e poi posto su un wafer di biossido di silicio con il lato argento rivolto verso l'alto. Infine, l'argento è modellato per creare i contatti elettrici per un transistor. Una volta terminato, il dispositivo è stabile in condizioni di vuoto.

Potrebbe non essere commercialmente pratico, ma è una prima dimostrazione importante, afferma Lok. Le prestazioni dei transistor si allineano anche con le previsioni teoriche sulla veloce autostrada per gli elettroni del silicio. Sono riusciti a fare ciò che molte persone hanno cercato di fare, dice.

Questa dimostrazione è particolarmente importante perché c'è stato scetticismo sul potenziale del silicio, dice Patrizio Vogt , ricercatore presso la Technische Universität Berlin e uno dei pochi ricercatori che sono riusciti a coltivare il materiale. Vogt sta attualmente lavorando su nuovi metodi per realizzarlo.

Fengnian Xia, un ingegnere elettrico della Yale University che sta sviluppando elettronica basata su grafene, fosforene e altri materiali bidimensionali, potrebbe essere considerato uno degli scettici. Dice che i risultati dei transistor riportati dal gruppo del Texas sembrano buoni e rappresentano un grande progresso scientifico. Ma per quanto riguarda il potenziale commerciale del silicene, Xia dice di non essere convinto che sarebbe più facile da commercializzare rispetto al grafene, o che possa fare tutto ciò che il grafene non può fare.

Vogt afferma che il silicio probabilmente non sostituirà del tutto il silicio, ma potrebbe aggiungere nuove funzionalità ai chip di oggi. Questo dimostra che puoi effettivamente fare qualcosa con il silicone, dice.

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