EON_591

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Con la tecnologia al silicio che
si avvicina a passo spedito ai
limiti fisici della miniaturizzazio-
ne, gli annunci – spesso impre-
scindibilmente ottimistici – di
nuovi progressi nelle tecnologie
deputate a prenderne il posto si
fanno sempre più ravvicinati. I
più recenti progressi verso i nodi
più spinti dell’insorpassato silicio
si alternano ai comunicati e agli
articoli scientifici provenienti dai
laboratori di ricerca dove si sta
cercando un degno successore
per la prossima era di Pervasive
Computing, IoT e BigData. Pe-
riodicamente emergono nuovi
sviluppi nel campo dei dispositivi
‘alternativi’, i più promettenti dei
quali paiono essere quelli basati
sull’esotica spintronica e sul nuo-
vo ‘materiale delle meraviglie’: il
grafene. A essere particolarmen-
te promettenti sono i transistori
basati su nanotubi di carbonio
a parete singola (SWNT, Single
Wall Nano Tube) i quali, ancor-
ché formalmente interpretabili
come singoli fogli di grafene arro-
tolati su sé stessi, sono stati stu-
diati anni prima che l’isolamento
del grafene fruttasse ad Andre
Geim e Konstantin Novoselov il
premio Nobel 2010 per la fisica.
La stessa azienda che di
premi Nobel ne ha prodotti ben
cinque, ha creato uno dei primi
prototipi di transistor SWNT nel
lontano 1998. I vantaggi sul si-
licio sono molteplici: da un lato
la mobilità dei portatori di carica
è di gran lunga superiore, cosa
che innalza la velocità e riduce
i consumi dei dispositivi, men-
tre dall’altro le dimensioni sono
significativamente più contenu-
te: con uno spessore di canale
dell’ordine del nm, si apre la stra-
da a una scalabilità più spinta.
IBM ha proseguito le ricerche sui
transistor a nanotubi, ponendosi
come obbiettivo la messa in pro-
duzione di dispositivi al nodo dei
5 nm o inferiore entro i primi anni
della prossima decade, quando
la tecnologia al silicio sarà arri-
vata al capolinea. Nel 2012 Big
Blue ha messo punto transistor
in grafene da 9 nm, mentre nel
2013 ha realizzato un chip con
diecimila transistor SWNT come
prova di fattibilità di un computer
‘a base carbonio’. L’anno scorso
i ricercatori IBM hanno iniziato
a lavorare a un transistor a na-
notubi che potesse sfruttare i
processi produttivi messi a punto
per i dispositivi in silicio.
Ora, uno dei principali problemi
da risolvere riguardava la sca-
labilità dei contatti: quando le
dimensioni di queste strutture
vengono ridotte a dimensioni na-
nometriche, la resistenza che of-
frono al passaggio della corrente
cresce fino a vanificare i vantaggi
della riduzione di scala. Da que-
sto punto di vista il silicio – come
anche l’arseniuro di gallio – ha
già raggiunto il suo limite; i nano-
tubi, d’altro canto, si prestano a
una scalabilità più spinta, anche
se introducono nuovi problemi
tecnologici, il primo dei quali è
la creazione di contatti di qualità
con gli elettrodi metallici.
La soluzione a questo problema
è stata proposta dai ricercatori
IBM del
guidati da Qing
Cao della Duke University , e
pubblicata nel numero di Science
del 2 ottobre scorso nell’articolo
”.
L’idea di fondo è di realizzare un
processo metallurgico che sfrutti
una reazione chimica per ‘sal-
dare’ insieme terminali metallici
in molibdeno ai soli estremi dei
nanotubi. Diventa così possibile
spingere le dimensioni dei con-
tatti al di sotto della soglia dei 10
nm senza incorrere nel degrado
delle prestazioni elettriche cau-
sato dalla deposizione metallica
su tutta la lunghezza dei nano-
tubi. Nel prototipo realizzato da
IBM, nonostante un’interfaccia di
soli 2 nm quadri, la resistenza di
contatto è stata mantenuta al di
sotto dei 36 kΩ. Ma la cosa più
importante è la scalabilità della
tecnica: la resistenza di contat-
to non è cambiata quando le
dimensioni del dispositivo sono
state variate da 300 nm a meno
di 10 nm, suggerendo la possi-
bilità di un impiego in strutture
fino al nodo degli 1,8 nm, la cui
implementazione sarebbe ideal-
mente prevista per la seconda
metà del prossimo decennio.
Affinché i transistor SWNT pos-
sano arrivare all’agognata fase di
produzione commerciale, tutta-
via, è necessario superare ulte-
riori importanti ostacoli: il primo
è la separazione dei nanotubi
semiconduttori (necessari alla
formazione dei canali) dai quelli
metallici; il secondo è la loro col-
locazione sul wafer con il posizio-
namento e l’orientamento accu-
rati richiesti dalla realizzazione
dei miliardi di transistor di un
moderno microprocessore. Se ri-
uscirà nei suoi intenti, tra qualche
anno IBM potrebbe vantarsi del
suo sesto premio Nobel.
EONews n . 591 - novembre 2015
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M assimo Giussani
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IBM guarda oltre i limiti del silicio
sperimentando transistor con canali e contatti
basati su nanotubi (SWNT) in carbonio
Nanotubi, la nuova
frontiera dei transistor
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Fonte: IBM