Un nuovo transistor ad alte prestazioni che potrebbe aiutare a risolvere uno dei problemi più grandi della tecnologia MOSFET: la riduzione dei consumi in idle o durante il cambio di stato. A crearlo sono stati i ricercatori della Penn State University, insieme al produttore di wafer IQE, nell'ambito di un progetto sponsorizzato tra gli altri da Intel.
Il design MOSFET (transistor metallo-ossido-semiconduttore a effetto di campo) richiede una tensione di circa 1 volt. La tecnologia attuale non permette di ridurre troppo la tensione di alimentazione e questo non consente ai chip di ridurre in modo drastico all'assorbimento di energia.
Hetero Tunnel FET - HTFET
Il dottorando Dheeraj Mohata, insieme al professore d'ingegneria elettrica Suman Datta, ha concepito una nuova architettura che permette ai transistor di consumare meno e di attivarsi/spegnersi in modo istantaneo. Si tratta di un transistor ad eterogiunzione FET (ad effetto di campo) con un incremento della corrente di pilotaggio del 650%.
"Questa è la prima volta che un transistor a effetto di campo ha mostrato una corrente on simile alle soluzioni MOSFET", ha dichiarato il professor Suman Datta. "Scegliendo due semiconduttori diversi, arseniuro d'indio-gallio e antimonide di arsenico-gallio, e modificandone la composizione, Deheeraj è stato in grado di realizzare un Hetero Tunnel FET (HTFET) con un miglioramento nella corrente di pilotaggio di 7,6 volte rispetto al sample di controllo".
Il transistor a effetto di campo usa una proprietà meccanica quantica grazie alla quale gli elettroni possono attraversare una barriera fisica se questa è abbastanza sottile. Incrementando la corrente di pilotaggio, il team è stato in grado di far operare il transistor a effetto di campo con una tensione ridotta, 300 milliVolt rispetto al volt richiesto dalle soluzioni attuali, ottenendo così un considerevole risparmio energetico.
Suman Datta (a sinistra) e Dheeraj Mohata (a destra)
Confrontando i dati sperimentali con i modelli informatici usati in fase di progettazione, i ricercatori hanno determinato che l'Hetero Tunnel FET (HTFET) dovrebbe comportarsi in modo simile all'aumentare della miniaturizzazione, anche con la produzione a 7 nanometri.
"Il lavoro deve proseguire per vedere se questo dispositivo è in grado di scalare ulteriormente ed essere integrato su scala industriale", ha dichiarato Datta. "Se sarà così, l'impatto sarà rilevante, poiché permetterà ai circuiti integrati di funzionare con 300 millivolt o meno. Questo consente di pensare alla creazione di circuiti autoalimentati in combinazione con dispositivi di recupero dell'energia, utili per il monitoraggio sanitario, i sistemi ambientali intelligenti e dispositivi medici impiantabili".