EO_458

- ELETTRONICA OGGI 458 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2016

TECH INSIGHT

BEYOND SILICON

Oltre il silicio

Andrea Cattania

Grafene, silicene, fosforo nero, germanene,

perovskiti ibride: chi sarà l’erede del silicio?

opo un incontrastato predo-

minio di oltre mezzo secolo

sulla scena dei circuiti integrati,

il silicio sembra vicino al capo-

linea. La richiesta di processori

con una potenza di elaborazione

sempre più spinta, anche in vista

della realizzazione di computer

quantistici, evidenzia come le

sue caratteristiche chimico fisi-

che non consentano di scendere

sotto il limite dei 10 nanometri.

I cristalli bidimensionali

Da qualche anno i principali cen-

tri di ricerca tecnologici sono alla

ricerca del materiale più adatto a

raccogliere questo prestigioso

testimone. L’obiettivo è quello di

individuare qualcosa che presenti le stesse caratte-

ristiche di conduttività del silicio, consentendo nel

medesimo tempo di infrangere il confine che segna

l’accesso alle nanotecnologie. Con i cristalli bidi-

mensionali siamo ormai allo spessore di un solo ato-

mo, il che ne giustifica la definizione. Una struttura

costituita da uno strato di atomi di carbonio disposti

secondo una configurazione esagonale è stata una

delle prime a polarizzare l’attenzione dei tecnologi.

Dotata di una notevole resistenza e di uno spessore,

appunto, delle dimensioni di un atomo, questa so-

stanza -il grafene- consentirà di passare dagli attua-

li componenti elettronici dello spessore di circa 20

nanometri a quelli di soli 5 nm.

Recentemente, il grafene è stato affiancato da altri

candidati, fra cui il silicene, il germanene, il nitruro

di boro, il disolfuro di molibdeno e il fosforo nero, o

fosforene.

I cugini del grafene

Circa un anno fa, all’Università di Austin, in Texas

(USA), un gruppo di ricercatori ha annunciato di

avere realizzato un foglio di un cristallo bidimensio-

nale derivato dal silicio, il silicene, caratterizzato da

alcuni vantaggi rispetto al grafene. In quanto affine

al silicio, infatti, il silicene consentirebbe un’ulterio-

re miniaturizzazione circuitale mediante tecniche già

note e collaudate. Inoltre, come il silicio, presenta

una banda proibita che può essere controllata con

facilità mediante il classico drogaggio del materiale.

Inizialmente, il punto debole del silicene sembrava

essere la sua fragilità e l’instabilità della sua struttu-

ra atomica. La collaborazione con i ricercatori italia-

ni attivi ad Agrate Brianza ha consentito di risolvere

questo problema, per cui il silicene è a pieno titolo

un candidato alla successione del silicio.

Un altro materiale, anch’esso caratterizzato da una

grande instabilità, è il germanene, previsto fin dal

2009 ma sintetizzato in laboratorio solo nel settem-

bre 2014, in Europa. È composto da atomi di ger-

manio che si dispongono esagonalmente formando

cristalli a due dimensioni, presenta un’ottima con-

ducibilità elettrica e possiede una banda proibita. A

differenza del silicene, però, non ha ancora supera-

to i problemi di instabilità.

Infine, sempre nel 2014, ha fatto la sua comparsa

un materiale analogo ai precedenti, un cristallo bidi-

mensionale basato sul fosforo nero e, naturalmente,

subito battezzato “fosforene”. Con un metodo eco-

nomico e veloce sono stati realizzati fogli composti

da un solo strato di atomi di fosforo nero, con cui

sono stati costruiti transistori a effetto di campo, poi

Fig. 1 – L’applicativo PADS HyperLynx DC Drop identifica rapidamente le aree problematiche nel

progetto, che potrebbe essere difficile individuare nelle prove o nel prototipo