Realizzato il transistor più sottile al mondo grazie al silicene


    Mentre tutto il mondo esalta le proprietà eccezionali del grafene, i ricercatori dell’Istituto di microelettronica e microsistemi del CNR insieme ai colleghi dell’Università del Texas, USA hanno realizzato il primo transistor in silicene dello spessore equivalente alle dimensioni di un solo atomo. Il silicene è stato identificato circa un decennio prima della scoperta del grafene attraverso l’impiego di modelli matematici e simulazioni al computer.

    Il materiale bidimensionale ha una struttura simile a quella esagonale del grafene e potrebbe migliorare drasticamente l’efficienza dei computer e dei dispositivi elettronici. Per lungo tempo il silicene è stato un materiale difficile da produrre e anche molto costoso. Grazie al lavoro congiunto tra il team di ricerca italiano e americano è stato finalmente realizzato il transistor più sottile al mondo. Tale dispositivo conferma alcune delle proprietà fisiche che erano state soltanto ipotizzate durante l’elaborazione dei modelli teorici del materiale.

    Immagine 1 - monostrato di silicene su piattaforma di silicio con i due elettrodi di argentoImmagine 1 - monostrato di silicene su piattaforma di silicio con i due elettrodi di argento.

    Nell’ambito del progetto europeo 2D-Nanolattices e del finanziamento ‘Laboratori congiunti’ del Cnr, il gruppo di ricerca italo-americano è riuscito nell’impresa. Alessandro Molle, il ricercatore che guida il team di ricerca italiano dell’IMM-CNR, ha spiegato il processo di realizzazione del dispositivo e quali sono state le difficoltà incontrate lungo il percorso. “Uno snodo critico è stato l’‘estrazione’ del silicene dal suo supporto e il suo trasferimento su una piattaforma compatibile con un dispositivo”. “Questo processo è avvenuto in due stadi: prima il silicene è stato coperto con un ossido protettivo (allumina) e poi è stata estratta una lamina di silicene ‘impacchettato’ fra l’allumina da una parte e uno strato ultrasottile di argento dall’altra. Questa sorta di ‘panino’ è stato poi capovolto su una base di ossido di silicio, lasciando l’argento solo in due zone di contatto selezionate che hanno agito da elettrodi. Al termine di questo processo, il silicene ha funzionato come ‘canale’ per il trasporto di carica di un transistore ad effetto campo, è quindi un conduttore di elettricità”.

    Immagine 2 - Schema del silicene e il processo di sintesi e di produzione. Credits: NPG.

    Immagine 2 - Schema del silicene e del relativo processo di sintesi e di produzione. Credits: NPG.

    Il suo collega d'oltre oceano, il prof. Deji Akinwande del dipartimento di ingegneria elettrica dell’Università del Texas che coordina il team americano ha aggiunto: “A parte l'introduzione di un nuovo materiale nel panorama dei materiali 2-D, il silicene, con la sua stretta affinità chimica con il silicio indica un percorso interessante da seguire per l’intera industria dei semiconduttori. Le innovazioni importanti da considerare sono: la produzione a bassa temperatura del materiale, l’efficienza del processo produttivo e la fabbricazione per la prima volta di dispositivi al silicene”.

    Questa tecnica permette di realizzare quindi un dispositivo contenente due elettrodi, che sono a loro volta separati da un altro materiale. Finora, gli scienziati sono stati in grado di costruire e testare nel vuoto i transistor al silicene. Anche se la tecnologia non è ancora adatta per applicazioni di tipo pratico, gli scienziati ritengono che presto sarà possibile realizzare dispositivi elettronici molto più veloci ed efficienti di quelli attualmente presenti sul mercato. Inoltre il grafene e il silicene sono simili dal punto di vista delle proprietà elettriche. Entrambi i materiali permettono infatti il passaggio degli elettroni senza alcun ostacolo: tale proprietà se adeguatamente sfruttata potrebbe tradursi in un miglioramento dell’efficienza energetica dei dispositivi elettronici.

    Il processo di sviluppo del transistor al silicene è stato recentemente pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology.



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