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- 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?
D
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