Spazio e Scienze

Transistor ai nanotubi di carbonio battono quelli al silicio

Un team di ricercatori della University of Wisconsin-Madison ha creato dei transistor ai nanotubi di carbonio migliori dei corrispettivi al silicio. Secondo i professori Michael Arnold e Padma Gopalan è la prima volta che avviene: i transistor ai nanotubi sono stati in grado di raggiungere una corrente 1,9 volte maggiore rispetto ai transistor al silicio.

"Creare transistor ai nanotubi di carbonio migliori di quelli al silicio è un grande traguardo. Questo importante passo avanti nelle prestazioni dei transistor ai nanotubi di carbonio è un progresso fondamentale verso l'uso dei nanotubi di carbonio nei chip logici, nelle comunicazioni ad alta velocità e in altre tecnologie basate sui semiconduttori", ha dichiarato il professor Arnold.

substrato transistor nanotubi carbonio
I ricercatori della UW-Madison hanno depositato un insieme allineato di nanotubi di carbonio su substrati da 1 x 1 pollice.

In base a estrapolazioni svolte su singoli nanotubi, i nuovi transistor al carbonio dovrebbero essere capaci di raggiungere prestazioni cinque volte maggiori o usare un'energia cinque volte minore rispetto ai transistor al silicio. Le dimensioni molto piccole dei nanotubi consentono inoltre di cambiare rapidamente un segnale di corrente che vi viaggia attraverso, garantendo guadagni di bandwidth potenzialmente elevati nei prodotti destinati alle comunicazioni wireless.

Arrivare al risultato non è stato facile: i ricercatori hanno faticato per isolare nanotubi di carbonio puri, cioè privi di impurità che agiscono come fili di rame e interrompono le proprietà semiconduttive (come un corto circuito).

professori uw madison
Il professore associato Michael Arnold e lo studente laureato Gerald Brady.

Il team della UW-Madison per organizzare selettivamente i nanotubi semiconduttivi si è avvalso di polimeri, raggiungendo una purezza estrema. "Abbiamo identificato condizioni specifiche in cui possiamo sbarazzarci di quasi tutti i nanotubi metallici, dove abbiamo meno dello 0,01% di nanotubi metallici", ha affermato Arnold.

I ricercatori hanno dovuto inoltre occuparsi della disposizione e dell'allineamento dei nanotubi. Per fare un buon transistor i nanotubi devono essere allineati nel giusto ordine, con lo spaziamento corretto, quando sono assemblati su un wafer. Tale difficoltà è stata superata nel 2014 con una tecnica chiamata "floating evaporative self-assembly" che conferisce ai ricercatori il grado di controllo necessario.

I nanotubi devono anche avere buoni contatti elettrici con gli elettrodi metallici di un transistor. Dato che il polimero usato per isolare i nanotubi semiconduttivi agisce anche come strato isolante tra nanotubi ed elettrodi, il team ha "cotto" l'insieme di nanotubi in un forno sotto vuoto per rimuovere il layer isolante. Il risultato è un contatto elettrico eccellente. I ricercatori hanno inoltre sviluppato un trattamento che elimina i residui dai nanotubi dopo che sono processati in una soluzione.

Ora il team della UW-Madison sta lavorando per adattare il transistor alla geometria usata da quelli in silicio. Il lavoro mira anche a sviluppare amplificatori di frequenze radio ad alte prestazioni che potrebbero accrescere il segnale cellulare. Infine, i ricercatori hanno già scalato il loro processo di allineamento e deposizione su un wafer da 1 x 1 pollice e stanno operando sulla riduzione del processo ai fini della produzione commerciale.

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