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La rivoluzione dei transistor arriva dalla Cina: un team dell'Università di Pechino ha sviluppato un transistor rivoluzionario che non utilizza silicio, ma si basa su materiali bidimensionali, in particolare il bismutico ossiseleniuro. Un'innovazione che promette prestazioni superiori del 40% rispetto ai chip più avanzati di Intel, consumando al contempo il 10% di energia in meno, risultati che potrebbero ridisegnare l'intero panorama dell'industria dei semiconduttori e accelerare l'evoluzione dell'informatica.
Il cuore dell'innovazione risiede nell'architettura GAAFET (Gate-All-Around Field-Effect Transistor), dove il gate del transistor avvolge completamente la sorgente. Un netto distacco dal design FinFET che domina la produzione attuale, dove la copertura del gate è solo parziale. La struttura a copertura totale aumenta significativamente l'area di contatto tra il gate e il canale, migliorando drasticamente le prestazioni attraverso la riduzione della dispersione energetica e consentendo un controllo più preciso della corrente.
"Se le innovazioni dei chip basate sui materiali esistenti sono considerate una scorciatoia, allora il nostro sviluppo di transistor basati su materiali 2D è simile a un cambio di corsia", ha dichiarato il professor Peng Hailin, scienziato a capo del progetto. A differenza delle strutture verticali dei FinFET, il nuovo design assomiglia a ponti intrecciati, un cambiamento architettonico che potrebbe superare i limiti di miniaturizzazione affrontati dalla tecnologia del silicio.
Il team ha creato due nuovi materiali a base di bismuto: Bi₂O₂Se come semiconduttore e Bi₂SeO₅ come dielettrico di gate. Questi materiali presentano una bassa energia di interfaccia, riducendo difetti e dispersione degli elettroni. La combinazione di questi elementi consente agli elettroni di fluire con resistenza minima, "come l'acqua attraverso un tubo liscio", secondo la spiegazione fornita dallo stesso Peng.
I risultati della ricerca, pubblicati su Nature Materials, suggeriscono che il nuovo GAAFET bidimensionale potrebbe non solo rivaleggiare, ma addirittura superare i transistor al silicio sia in termini di velocità che di efficienza energetica. La copertura parziale del gate nei design tradizionali limita il controllo della corrente e aumenta la perdita di energia. La nuova struttura a gate completo affronta questi problemi, risultando in un alto guadagno di tensione e un consumo energetico ultra-basso.
L'Università di Pechino ha dichiarato senza mezzi termini: "È il transistor più veloce ed efficiente mai realizzato". Queste affermazioni sono supportate da test condotti in condizioni identiche a quelle utilizzate per i principali chip commerciali. Il team ha già costruito piccole unità logiche funzionanti utilizzando il nuovo design, dimostrando la praticità dell'applicazione.
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I ricercatori affermano che i transistor possono essere fabbricati utilizzando l'infrastruttura semiconduttori esistente, semplificando notevolmente la futura integrazione. Questo aspetto è cruciale perché significa che l'adozione di questa tecnologia potrebbe avvenire senza richiedere investimenti massicci in nuovi impianti di produzione, accelerando potenzialmente la transizione.
I risultati prestazionali sono supportati da calcoli basati sulla teoria funzionale della densità (DFT) e convalidati attraverso test fisici utilizzando una piattaforma di fabbricazione ad alta precisione presso l'università. Un approccio metodologico rigoroso che conferisce credibilità a delle affermazioni che potrebbero altrimenti sembrare eccessivamente ottimistiche.