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- ELETTRONICA OGGI 446 - GIUGNO 2015
TECH INSIGHT
4D
L’
elettronica 4D si basa su una precedente ricerca di qual-
che tempo fa, dove un team di ricercatori avevamo messo
a punto una struttura 3D al posto dei tradizionali transistor piatti.
La tecnica consente di ottenere circuiti integrati molto più veloci,
compatti ma soprattutto più efficienti anche in termini di power
management, ovvero la possibilità di generare meno calore con
riduzione dei costi di sistema derivanti dai dissipatori e tecniche
varie al fine di ridurre la temperatura all’interno di un dispositi-
vo elettronico, tutto questo indispensabile per evitare surriscal-
damenti che potrebbero compromettere il funzionamento del
sistema. I risultati scientifici dimostrano come la connessione in
parallelo di transistor (struttura 4D) garantiscono una piattafor-
ma con elevata velocità di elaborazione. Il silicio ha una mobilità
degli elettroni limitata, l’arseniuro di gallio-indio è uno dei semi-
conduttori più promettenti per sostituirlo dovute alle sue ottime
caratteristiche riguardanti la velocità del flusso degli elettroni.
Infatti, il Silicio sta per raggiungere i suo limiti che impediranno di
mantenere valida la legge di Moore. Alternativa possibile, quindi,
è l’arseniuro di gallio-indio (e tecnologie materiali affini) che è già
conosciuto nelle comunicazioni in fibra ottica per le sue ottime
proprietà fisico-elettriche. Negli attuali transistor 3D, la lunghezza
delle porte (base, collettore, emettitore) è di circa 22nm realizzato
con un procedimento chiamato “epitassia da fasci molecolari”, nel
quale atomi di indio, gallio e arsenico evaporano reagendo l’uno
con l’altro all’interno del vuoto per formare un composto mono-
cristallino. Con la nuova tecnologia si prevede di ridurre ancora
di più queste lunghezze arrivando a circa 10 nm entro il 2018.
Arseniuro Indio-Gallio
L’arseniuro di gallio-indio (InGaAs) è una lega ternaria (composto
chimico) di indio, gallio e arsenico. Indio e gallio sono entram-
bi del III gruppo di elementi (p.e. boro), mentre l’arsenico è un
elemento del gruppo dell’azoto (gruppo V). Pertanto, in queste
leghe, gruppi chimici sono indicati come “composti III-V”. Poiché
sono dello stesso gruppo, indio e gallio hanno ruoli simili nel le-
game chimico. InGaAs è un semiconduttore con applicazioni in
elettronica e optoelettronica con proprietà che si differenziano a
seconda della percentuale di combinazione tra gallio e indio. Le
proprietà ottiche emeccaniche di InGaAs possono essere varie, a
seconda del rapporto di InAs e GaAs. Il dispositivo InGaAs viene
normalmente coltivato su un substrato di fosfuro di indio (InP). Al
fine di corrispondere la costante reticolare di InP ed evitare solle-
citazioni meccaniche, viene usata una particolare composizione
di InGaAs. Questa composizione ha una lunghezza d’onda di ta-
glio di 1,68
μ
m a 295 K. Aumentando la frazione molare di InAs
maggiore rispetto al GaAs, è possibile estendere la lunghezza
d’onda di taglio fino a circa 2,6
μ
m. In questo caso devono essere
prese misure particolari per evitare sollecitazioni meccaniche da
differenze di costanti reticolari.
L’energia di bandgap può essere determinata dal picco nello
spettro di fotoluminescenza, a condizione che la concentrazione
totale di impurezze sia meno di 5 × 1016 cm
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. L’energia bandgap
dipende dalla concentrazione dei materiali e dalla temperatura;
a temperatura ambiente essa
è di 0,75 eV e compres
a tra quello
del germanio e silicio (Fig. 1). Per coincidenza, il bandgap di InGa-
As è in una posizione perfetta per le applicazioni di fotorivelatori e
Elettronica: la quarta dimensione
Maurizio Di Paolo Emilio
Alcuni ricercatori statunitensi hanno creato qualche
tempo fa un nuovo tipo di transistor e Mosfet con
un materiale, arseniuro di gallio-indio (InGaAs), che
potrebbe sostituire il silicio da qui ai prossimi 5 anni.
La struttura è simile a quella attuale con tre piccoli
pin di input/output che nell’insieme globale formano
una struttura tipo albero di natale
Fig. 1 – Energy gap in funzione della composizione di Gallio (Ga) per il
semiconduttore InGaAs