I nanotubi al carbonio si avvicinano sempre più al momento in cui potranno essere integrati all'interno dei chip, consentendo la realizzazione di soluzioni potenti ma al contempo capaci di assicurare un'alta efficienza energetica. Il tema è serio, perché anno dopo anno ci avviciniamo ai limiti oltre i quali la tradizionale tecnologia al silicio non riuscirà più a garantire miniaturizzazione ed efficienza.
Alla Stanford University School of Engineering un gruppo di ricercatori che sta lavorando da diverso tempo sui nanotubi al carbonio è riuscito per la prima volta a creare le prime strutture logiche digitali full-wafer. Si tratta di un importante passaggio, perché queste nanostrutture cilindriche presentano proprietà elettriche, meccaniche e termiche eccezionali. I circuiti con i nanotubi potrebbero offrire un miglioramento dell'efficienza energetica fino a dieci volte quello del silicio.
Immagine al microscopio elettronico che mostra i transistor ai nanotubi al carbonio disposti in un circuito logico integrato
Per arrivare a questo risultato i ricercatori si sono, come si dice, "fatti furbi". Hanno infatti aggirato e non affrontato di petto i problemi che finora avevano impedito ai nanotubi al carbonio di diventare interessanti dal punto di vista di un'integrazione produttiva. Parliamo ad esempio dell'impossibilità di ottenere un allineamento perfetto dei nanotubi, o la presenza di nanotubi al carbonio metallici e non di tipo semiconduttore, aspetto che dava vita a corto circuiti, dispersione di corrente eccessiva e suscettibilità al rumore. Nessuna tecnica di sintesi è finora riuscita a produrre nanotubi esclusivamente semiconduttori.
Usando un paradigma progettuale che si è dimostrato immune a questo tipo di problemi, gli ingegneri della Stanford sono riusciti a produrre le prime strutture logiche digitali in scala full-wafer che non sono influenzate da nanotubi al carbonio non allineati e posizionati correttamente. Inoltre, hanno risolto il problema dei nanotubi al carbonio metallici inventandosi una tecnica per rimuovere questi elementi indesiderati dai circuiti.
I ricercatori della Stanford University School of Engineering sono riusciti a creare chip con nanotubi al carbonio funzionanti, anche se questi non sono allineati o posizionati correttamente
L'approccio dei ricercatori di Stanford ha due caratteristiche sorprendenti, nel senso che non sacrifica l'efficienza energetica dei nanotubi al carbonio ed è compatibile anche con i metodi di fabbricazione e le infrastrutture esistenti, il che contiene i costi e permette alla tecnologia di fare un passo importante verso la commercializzazione.
Gli ingegneri hanno anche dimostrato le possibilità di creare componenti essenziali di sistemi digitali integrati: circuiti aritmetici e di archiviazione sequenziale, così come i primi circuiti integrati monolitici tridimensionali con livelli elevatissimi di integrazione. Insomma, un passo importante verso futuri sviluppi: chissà se arriveremo a qualcosa di concreto prima di arrivare al limite oltre cui produrre con il silicio non sarà più possibile.