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Intel guarda oltre il silicio
Intel ha sviluppato un nuovo tipo di transistor, realizzato con un materiale diverso dal silicio, che ha il potenziale per essere più veloce e utilizzare meno elettricità rispetto ai chip di oggi. E, soprattutto, i nuovi transistor sono economici e potrebbero essere fabbricati utilizzando gli impianti di produzione esistenti perché possono essere costruiti direttamente su wafer di silicio standard. Tali chip realizzati con questi componenti non in silicio sono ancora lontani almeno un decennio, ma gli esperti del settore ritengono che siano una delle opzioni più promettenti per sostituire il silicio nei prossimi anni.
Un tampone migliore: Intel ha dimostrato che i transistor non in silicio possono essere fabbricati su un wafer di silicio facendoli crescere sopra un sottile strato di buffer. I precedenti strati di buffer erano relativamente spessi e quindi si rompevano, danneggiando i transistor.
Man mano che i transistor diventano sempre più piccoli, il silicio che li compone non funziona altrettanto bene: l'elettricità perde attraverso gli strati, causando un eccesso di calore e una logica difettosa. I ricercatori di Intel e di altre aziende produttrici di chip come AMD e IBM, così come nelle università di tutto il mondo, stanno cercando di trovare un sostituto per il silicio. Alcuni sospettano che i nanotubi di carbonio o un altro materiale di carbonio chiamato grafene potrebbero essere la risposta. (Vedi i computer con nanotubi di carbonio e i nuovi transistor al grafene mostrano la promessa.) Ma altri stanno investendo denaro e ricerca nei semiconduttori composti, una classe di semiconduttori costituita da una combinazione di elementi della terza e della quinta colonna della tavola periodica. (Vedi Oltre il silicio e Mantenere la legge di Moore senza silicio.)
I semiconduttori composti sono attraenti per gli ingegneri perché gli elettroni si muovono attraverso di loro più facilmente di quanto si muovano attraverso il silicio. Ciò significa che i semiconduttori composti possono funzionare alla stessa velocità o più velocemente di un transistor a base di silicio, ma senza bisogno di una tensione così grande. E man mano che i dispositivi si restringono, è fondamentale che richiedano bassi voltaggi: altrimenti si surriscaldano e perdono elettricità, problemi che iniziano ad affliggere il silicio. Tuttavia, i semiconduttori composti non sono facili da coltivare direttamente sul silicio. I materiali sono spesso incompatibili con il silicio: gli atomi sono distanziati in modo che non si sovrappongano bene. Quando vengono sovrapposti direttamente l'uno sull'altro, il risultato è un cristallo incrinato e transistor difettosi.
Intel ha proposto una soluzione al problema della mancata corrispondenza atomica in un documento presentato oggi al Incontro internazionale sui dispositivi elettronici , a Washington, DC. Per costruire i loro nuovi transistor, i ricercatori hanno stratificato i semiconduttori composti, chiamati arseniuro di indio e gallio e arseniuro di indio e alluminio.
Quando questi materiali sono impilati, le loro proprietà elettroniche interagiscono per formare pozzi quantistici, luoghi in cui possono essere confinate particelle cariche come gli elettroni, che fungono da transistor, afferma Michael Mayberry , direttore della ricerca sui componenti e vicepresidente del gruppo tecnologico e produttivo di Intel. Per evitare la deformazione e la rottura, i ricercatori hanno aggiunto strati tampone dei due materiali. Il trucco sta nell'assicurarsi che gli strati tampone contengano concentrazioni di atomi leggermente più compatibili con il silicio. Ma man mano che vengono aggiunti più strati, la spaziatura atomica corrisponde perfettamente a quella degli strati del transistor. Mayberry afferma che il buffer è spesso poco più di un micrometro e impedisce a qualsiasi difetto di influenzare i transistor.
A dire il vero, molti ricercatori hanno proposto di aggiungere strati tampone tra materiali in silicio e non in silicio. Ad esempio, una società chiamata Amberwave , a Salem, NH, fondata da Gene Fitzgerald, professore di scienza dei materiali al MIT, ha un approccio che utilizza il germanio su un tipo di wafer di silicio con uno strato di biossido di silicio, un materiale isolante, incorporato. (Vedi Aggiunta di velocità a silicio.)
Tuttavia, note Gesù del Alamo , che è anche professore di ingegneria elettrica al MIT, l'approccio di Intel è unico in quanto i ricercatori hanno coltivato gli strati buffer dallo stesso materiale che usano per i transistor. Inoltre, dice, Intel ha dimostrato che è necessario solo un sottile strato di buffer per ottenere una buona qualità. Uno spesso strato tampone, che può avere uno spessore fino a cinque micrometri, è costoso ed è più soggetto a rotture, aggiunge.
Il lavoro è impressionante, dice del Alamo. Se riesci a portare la struttura a strati sul silicio, i substrati sembrano e sembrano silicio, e tutti gli strumenti che sono stati sviluppati per la produzione di silicio possono essere riutilizzati in questa nuova tecnologia.
Tuttavia, Mayberry osserva che rimangono una manciata di problemi che devono essere affrontati prima che questi transistor possano apparire nell'elettronica di consumo. Per uno, il gate, o l'interruttore on-off, per questi nuovi transistor è relativamente grande a 80 nanometri. Mayberry afferma che gli ingegneri dovranno ridurlo in modo che i chip abbiano una densità di transistor relativamente elevata. Aggiunge che nel frattempo, alcuni di questi materiali potrebbero trovare la loro strada nel processo di fabbricazione dei chip, da utilizzare in componenti specifici nei microprocessori.