Il futuro dei semiconduttori


Non è di molto tempo fa la notizia proveniente da Berkeley relativa a una nuova generazione di superconduttori, caratterizzata da fogli ultrasottili, a base di arseniuro di indio e substrati in silicio. L'idea è andare a sostituire progressivamente i transistor tradizionali di natura silicea, costosi e sempre più difficili da approntare per via della scarsità delle materie prime. Gli esperti dell'Università della California a Berkeley hanno concentrato le loro attenzioni soprattutto sull'arseniuro di indio, dotato di proprietà semiconduttrici eccellenti. Qualcosa già si sapeva. Stando infatti alle ricerche compiute da Intel, si potrebbe forgiare transistor da dieci nanometri (con velocità di spostamento degli elettroni assai più elevata rispetto al silicio) sfruttando proprio l'arseniuro di indio e gallio; il primo, un elemento che entra in gioco anche nell'ambito dell'antimoniuro di indio, utile per la fabbricazione di dioidi laser. In questo caso gli scienziati hanno, invece, puntato su una nuova tecnica ingegneristica che ha portato a strati di arseniuro di indio (con spessori di dieci milionesimi di millimetro), integrati a substrati silicatici, in grado di assolvere performance conduttive decisamente superiori a quelle tradizionali. È l'ennesima prova che, proprio nell'ambito del “sempre più nano”, si dovranno andare a cercare le soluzioni ideali per le tecnologie del domani.
La ricerca di un'alternativa al silicio nel campo elettronico riguarda anche i cosiddetti semiconduttori organici. Offrono l'opportunità di poter essere lavorati in condizioni “ambientali” più economiche e vantaggiose dal punto di vista ecologico. Ma le prestazioni sono, per ora, decisamente poco promettenti, per via dell'estrema lentezza di conduzione degli input elettrici. Luminare in questo campo è Dmitrii Perepichka che, in compagnia dell'italiano dell'INRS Federico Rosei, ha lavorato tramite tecniche di bottom-up e self-assembly per dare vita ad array perfettamente ordinati, partendo da uno dei polimeri conduttori più noti: il PEDOT. È un ottimo conduttore elettrico che, chimicamente, risponde al poli 3,4-etilenediossitiofene – poli stirenesulfonato, un complesso di due ionomeri. È stato preso in considerazione anche da Ifor Samuel, della University di St Andrews, in Inghilterra, allo scopo di forgiare nuove e rivoluzionarie batterie in grado di catturare e accumulare fotoni. Perepichka è riuscito a ottenere polimeri con una risoluzione di cinque nanometri, accarezzando la possibilità di arrivare a dare vita a transistor organici dieci volte più piccoli di quelli attuali.
Una parte da leone nella ricerca del semiconduttore più efficace, la fanno altresì i nanotubi di carbonio. Scienziati dell'Università dell'Illinois hanno infatti verificato che utilizzando questo tipo di materiale è possibile ottenere un notevole incremento della conducibilità elettrica. Lo studio, originariamente apparso su Physical Review Letters, prova che considerando campi elettrici molto potenti, gli elettroni e le lacune (quasiparticelle che veicolano la corrente elettrica) possono creare ulteriori coppie di elettrone-lacuna producendo un effetto a valanga; e predisponendo, dunque, a un trasporto accelerato del segnale elettrico. Per arrivare a questi risultati gli studiosi hanno elaborato i nanotubi di carbonio per deposizione chimica a vapore, utilizzando un catalizzatore di ferro e contatti in palladio per le misurazioni. «Abbiamo effettuato ripetute misurazioni», dice su Science Eric Pop, collaboratore del Micro and Nanotechnology Laboratory dell'Università dell'Illinois, «arrivando a ottenere correnti fino a 40 microampere, circa il doppio di quelle osservate in altri test».
Parlando di carbonio è, infine, importante accennare al grafene, più volte definito il vero erede del silicio, anch'esso rappresentato da atomi di carbonio. Secondo molti scienziati le sue caratteristiche porteranno nei prossimi anni a un miglioramento eccezionale dei prodotti hitech, in virtù di un materiale ultrasottile, nemmeno ipotizzabile fino a cinquant'anni fa. Il grafene è costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio e possiede un'altissima conducibilità elettrica, che lo renderebbe ideale per gran parte dei chip e dei semiconduttori di nuova generazione. Sono già nati transistor al grafene, tuttavia le sue applicazioni potranno riguardare molti altri settori della scienza e della tecnologia, compresi il campo clinico e la lotta ai batteri.

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