Ingegneri nipponici dell'Advanced Industrial Science and Technology (AIST) hanno creato un transistor al grafene compatibile con i tradizionali processi produttivi CMOS. Potenzialmente molto più piccola (ha un canale lungo 30 nanometri), centinaia di volte più veloce e meno affamata di energia rispetto ai transistor tradizionali, questa soluzione si distingue anche per la sua progettazione.
In un transistor convenzionale al silicio abbiamo due terminali, source e drain, e un gate. In questa variante al grafene troviamo invece due gate. I ricercatori hanno inoltre creato una "band gap" (banda proibita) irradiando il grafene posto tra i due gate con ioni di elio per introdurre difetti cristallini. Tutto questo serve perché il gate di un transistor deve essere realizzato con un materiale semiconduttore - e il grafene puro non lo è.
Gli studiosi nipponici hanno visto che applicando una piccola tensione (bias) ai due gate (-100 mV e +100 mV sui terminali source e drain), il band gap del grafene può essere manipolato. Quando la polarità della tensione applicata a entrambi i gate è la medesima, il transistor è in stato on; quando le polarità sono differenti, il transistor è in stato off - le prove di funzionamento sono state effettuate a -73 gradi Celsius (qui altri dettagli tecnici). Inoltre la polarità delle cariche all'interno del grafene può essere cambiata tra "tipo N" e "tipo P" a seconda della polarità dei disturbi (bias, tensioni anomale) applicati ai gate.
Qui emerge un'altra novità, perché nei transistori tradizionali al silicio la polarità è determinata dal tipo di ioni per il dopaggio, e perciò non è possibile cambiare la polarità una volta realizzato in circuito. Poiché la polarità del transistor al grafene può essere controllata elettrostaticamente, è possibile realizzare un circuito integrato la cui struttura può essere modificata elettricamente. Oltre al nuovo progetto del transistor, l'aspetto più importante è che si tratta di una soluzione compatibile con le tradizionali tecniche di fabbricazione CMOS, e questo in sostanza vuol dire soldi risparmiati che altrimenti sarebbero andati alla creazione di tecniche e macchinari adatti alla produzione dei transistor.
Per questo prossimamente i ricercatori si concentreranno sulla realizzazione di un intero wafer di transistor al grafene, per vedere se il loro processo è scalabile dal punto di vista commerciale. Inoltre vogliono migliorare la qualità del grafene creato - è di bassa qualità a causa del bombardamento con ioni di elio - e vogliono anche indagare sul potenziale di questi transistor controllabili elettricamente.
Pensate a un futuro, molto lontano, in cui esisterà una CPU basata su questi transistor al grafene: potremmo avere un chip velocissimo, a basso consumo e completamente programmabile. Un grande sviluppo per il settore informatico. Ricordiamo che i ricercatori dell'AIST non sono i soli impegnati nello sviluppo di transistor al grafene. Studiosi dell'Università di Erlangen-Nuremberg, in Germania, insieme a colleghi svedesi, hanno creato soluzioni monolitiche usando un semplice processo d'incisione litografica, mentre Samsung sta lavorando al "Barristore".