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na delle piaghe che afflig-
gono il costante processo di
miniaturizzazione elettronica è
il degrado delle prestazioni as-
sociato alle correnti di perdita
nei dispositivi. Sungsik Lee e
Arokia Nathan, due ricercato-
ri britannici dell’
Università di
Cambridge
, hanno proposto
un dispositivo di nuova conce-
zione il cui funzionamento si
basa proprio sulle minuscole
correnti di perdita che caratte-
rizzano i transistor nei dintorni
della regione di interdizione.
Il risultato delle loro ricerche,
pubblicato su
Science
dello
scorso 21 ottobre nel report
“Subthreshold Schottky-barrier
thin film transistor with ultralow
power and high intrinsic gain”,
è rappresentato da un transi-
stor a film sottile (TFT) che la-
vora in un regime marcatamen-
te sotto soglia, con tensioni di
alimentazione che possono
scendere al di sotto del volt e
una dissipazione di potenza in-
feriore al nanowatt.
L’architettura di nuova conce-
zione prende il via dalla tec-
nologia IGZO (Indium Gallium
Zinc Oxide) e sfrutta il com-
portamento delle ben note
barriere Schottky per creare
un dispositivo che unisce l’indi-
pendenza del guadagno dalla
polarizzazione tipica di un BJT
all’assenza di corrente di in-
gresso caratteristica di un FET.
Cambridge sono riusciti a cre-
are con il molibdeno dei termi-
nali di drain e source dei ‘con-
tatti rettificanti’ schematizzabili
con due diodi Schottky diretti
verso il centro del dispositivo.
L’applicazione di una tensione
V
DS
tra drain e source compor-
ta polarizzazioni opposte con
conseguente passaggio della
sola corrente di saturazione
inversa (la corrente ‘di perdita’
del diodo Schottky al termina-
le di source). Questa corrente,
che è dell’ordine dei nanoam-
pere, può essere modulata ab-
bassando le barriere Schottky
agendo sulla tensione – con
valori decisamente sotto soglia
– tra gate e source V
GS
. Se si
eccettuano le scale dei valori,
le caratteristiche I-V di uscita
del dispositivo hanno una spic-
cata somiglianza con quelle
di un transistor tradizionale,
ma aggiungono una presso-
ché totale indipendenza della
corrente I
DS
nel canale dalla
tensione ai suoi capi – di fatto
conferendo al dispositivo una
resistenza di uscita infinita. L’i-
solamento del gate, per contro,
determina praticamente l’az-
zeramento della corrente di in-
gresso al dispositivo, mentre la
transcaratteristica che lega la
tensione V
GS
alla corrente I
DS
risulta essere di tipo esponen-
ziale. Complessivamente, i di-
spositivi messi a punto da Lee
e Nathan, hanno dimostrato un
consistente guadagno intrinse-
co (>400) indipendente dalla
polarizzazione e dalla geome-
tria del dispositivo. Utilizzando
due di questi TFT, è stato pos-
sibile realizzare un semplice
amplificatore con carico attivo
dotato di un elevato guadagno
di tensione (A
v
>220) e, grazie
alle irrisorie correnti in gioco,
bassissima potenza: addirittu-
ra meno di 150 pW.
Dispositivi di questo tipo, se
riusciranno ad affermarsi al
di fuori dei laboratori di ricer-
ca, potranno essere utilizzati
per realizzare le interfacce e
la logica di sensori e sistemi
elettronici in grado di alimen-
tarsi con tecniche di energy
harvesting.
EON
EWS
n
.
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-
NOVEMBRE
2016
3
M
ASSIMO
G
IUSSANI
T
ERZA
P
AGINA
Un transistor di nuova concezione – a modulazione di
barriera Schottky – opera nella regione sotto-soglia e
dissipa potenze irrisorie
Il transistor Schottky:
una barriera contro i consumi
I precursori di quelli che oggi
chiamiamo diodi Schottky sono
stati tra i primi dispositivi a se-
miconduttore a essere studiati
e realizzati tra la fine dell’800
e l’inizio del ‘900, assai prima
che la teoria quantistica, sulla
quale poggia la moderna fisica
dello stato solido, raggiunges-
se la maturità e permettesse
di comprenderne appieno il
funzionamento. Dosando op-
portunamente la quantità di
ossigeno disponibile durante
la creazione della pellicola di
ossido di zinco, gallio e indio di
un transistor TFT, i ricercatori di