CMOS in pensione nel 2024, poi spazio al grafene

Duemilaventiquattro e sette nanometri. Queste parole segnerebbero, secondo il professor Meindl del Georgia Institute of Technology, l'avvento del grafene al posto della tradizionale tecnologia CMOS. Nel frattempo IBM continua a lavorare con questo materiale, pensando a un modo più semplice per realizzare duplicatori di frequenza.

I semiconduttori CMOS e il grafene si passeranno il testimone nel 2024. A dirlo è il professor James D. Meindl del Georgia Institute of Technology, grande esperto di questo materiale dalle proprietà elettriche superiori a quelle del silicio. Il momento cruciale potrebbe essere rappresentato dal passaggio al processo produttivo a 7 nanometri.

"Il grafene ha mostrato di essere davvero promettente per rimpiazzare i microchip al silicio. Secondo me non lo vedremo in uso fino a quando il silicio non avrà raggiunto i propri limiti, all'inizio del prossimo decennio", ha dichiarato Meindl al sito EETimes.

Nonostante persino oggi si faccia un gran parlare del grafene e della sua applicazione in moltissimi campi, sappiate che siamo solo all'inizio. Questo materiale dovrà superare molti passaggi cruciali prima di prendere il posto della tecnologia CMOS (l'assenza della bandgap, banda proibita, è un problema per l'adozione in determinati settori). "Dobbiamo realizzare diversi miliardi di transistor in un foglio di grafene, ma finora ne abbiamo fatti meno di una manciata", ha dichiarato Meindl.

Il grafene era noto da diverso tempo, ma è stato solo nel 2004 che si è trovato un modo per creare un singolo strato di atomi di carbonio. "Nessuno pensava si potesse fare, ma oggi quanto scoperto è da considerarsi l'inizio verso ciò che può essere fatto con un singolo strato di atomi di carbonio ordinato in celle esagonali", ha aggiunto Meindl.

Secondo il professore "i transistor al grafene più impressionanti descritti fino a oggi sono quelli RF (a radiofrequenza)", usati per amplificare per un segnale analogico a 500 GHz. "Gli switch al grafene sono più difficili da realizzare per tanti motivi, tra cui la loro dispersione di corrente".

In questo momento Meidl sta lavorando su modi per realizzare nastri di grafene a 15 nanometri che potrebbero costituire i blocchi fondanti degli switch basati su questi materiali, più veloci ed efficienti di quelli al silicio. Il problema principale incontrato sinora è quello di realizzare nastri senza danni sui bordi, che degradano le caratteristiche positive del grafene.

Tra chi porta avanti la ricerca c'è certamente IBM, che durante un convegno che si terrà a Washington DC tra il 5 e il 7 dicembre dovrebbe parlare di una tecnologia produttiva per circuiti duplicatori RF a 2 GHz basati su questo materiale.

Stando alle informazioni note, l'azienda statunitense sta lavorando per usare una tecnologia produttiva basata sull'attuale processo di produzione CMOS e compatibile con wafer da 200 mm di diametro (chiamati anche 8 inch, otto pollici).

Dato che all'interno di un foglio in grafene perfetto sono usati tutti i legami chimici del carbonio, questo ha di per sé una superficie inerte, rendendo difficile la realizzazione di uno strato dielettrico sopra di lui - lo scopo è quello di isolare il gate.

L'approccio di IBM è stato quello d'invertire il consueto processo di produzione e definire le strutture del gate su un wafer di silicio, per poi trasferire sul silicio gli strati di grafene attraverso un processo noto come deposizione chimica da vapore. Dopo aver definito le aree del grafene IBM è stata in grado di collegare i contatti di source e drain per completare la struttura FET.

Il duplicatore di frequenza ottenuto è perciò basato su diversi transistor a effetto di campo e RF passivi, e offre un guadagno di conversione di circa -25db con un'uscita in frequenza di 2 GHz.