EON_634

EON EWS n . 634 - OTTOBRE 2019 3 T ERZA P AGINA zione di un transistor CnFet a singolo nanotubo risale al 1998; da allora le tecniche di produzione, sempre confinate ai laboratori di ricerca, si sono progressivamente evolute per incrementare la purezza dei nanotubi e separare le versioni conduttive (i nanotubi metallici) da quelle dotate di un adegua- to salto di banda (i nanotubi semiconduttori). Negli anni, transistor e circuiti basati su na- notubi hanno subito una lenta evoluzione che ha portato nel 2013 alla realizzazione di un microprocessore a un solo bit composto da 178 CnFet – poco più di una curiosità accademi- ca. Il recente microprocessore RV16XNano a 16 bit messo a punto dal gruppo di ricerca del U n gruppo di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology ha affinato una serie di tecniche e metodolo- gie per la sintesi, purificazione e deposizione di nanotubi in carbonio (CNT, Carbon Nano- Tube) che risultano compatibili con i processi produttivi dell’in- dustria dei semiconduttori in si- licio. Le nuove tecniche, descrit- te nel lungo articolo Modern microprocessor built from com- plementary carbon nanotube transistors pubblicato sulla rivi- sta scientifica Nature lo scorso 28 agosto, vengono impiegate per purificare i nanotubi semi- conduttori separandoli da quelli con caratteristiche metalliche, per selezionarli opportunamen- te al fine di creare transistor di tipo P e tipo N e per sinte- tizzare celle logiche in grado di tollerare le impurità rimaste. Le nuove metodologie permetto- no di integrare CnFet (Carbon Nanotube FET) complementari nei flussi standard di produzio- ne dei circuiti integrati, al punto che è oggi possibile produrre un intero wafer di microproces- sori RISC-V a 16 bit basati su nanotubi. La prima dimostra- MIT, di transistor ne conta in- vece 14 mila: con un passo di circa 1,5 micrometri, il livello di complessità è all’incirca quello di un 386 di metà anni ottanta. Un prototipo funzionante è sta- to usato per scrivere la frase “ Hello, world! I am RV16XNa- no, made from CNTs ” e, per quanto lontanissimo dagli at- tuali livelli della moderna tec- nologia al silicio, rappresenta un enorme passo avanti della tecnologia dei nanotubi per via dell’integrazione con i pro- cessi produttivi delle moderne fonderie. Una delle maggiori difficoltà nella realizzazione di dispositivi a nanotubi risiede nella purificazione del prodot- to: basta una contaminazione con lo 0,000001% di nanotubi con caratteristiche metalliche per rendere inutilizzabile una soluzione di nanotubi semicon- duttori. Con le tecniche attuali le soluzioni di nanotubi sono li- mitate a una purezza massima del 99,99%; l’innovazione intro- dotta dal gruppo di ricerca del MIT guidato da Max Shulaker consiste nel semplificare il pro- cesso di purificazione su wafer e fare sì che diventi possibile creare transistor complemen- tari e celle logiche funzionanti anche con questo livello di pu- rezza. Le tre tecniche principali illustrate nell’articolo di Nature sono riassunte dagli acrostici Rinse ( Removal of Incubated Nanotubes through Selective Exfoliation ), Mixed ( Metal Inter- face engineering crossed with Electrostatic Doping ) e Dream ( Designing REsiliency Against Metallic CNTs ). Nella tecnica Rinse, il substrato viene tratta- to con una sostanza che facilita l’adesione dei nanotubi; dopo aver applicato la soluzione di nanotubi si ricopre il wafer con un polimero che viene succes- sivamente dissolto lasciando singoli nanotubi aderenti al substrato. La tecnica Mixed, dosando la composizione del- lo strato di ossido e utilizzan- do metalli con caratteristiche elettriche differenti, permette di creare e ottimizzare i canali di tipo P e di tipo N dei CnFet complementari. Infine, per far fronte ai limiti di purezza dei CNT ottenuti entra in gioco la tecnica Dream che consiste nel sintetizzare le celle logiche combinando blocchi funzionali in maniera tale da rendere inin- fluente la presenza di contami- nazione da nanotubi metallici. L’articolo di Shulaker e colle- ghi su Nature costituisce un contributo seminale che di fatto “reinventa” la metodolo- gia di produzione di transistor e circuiti integrati a nanotubi e lascia presagire un futuro (non è facile dire quanto prossimo) impiego pratico di questa tec- nologia nell’era “post-Moore” del silicio. I progressi della tecnologia dei nanotubi hanno reso possibile la realizzazione di un microprocessore RISC a 16 bit con 14 mila CnFet M ASSIMO G IUSSANI C’è una luce in fondo al (nano)tubo Fonte: Nature