Dalla Cina arriva il gate per transistor più piccolo del mondo

Utilizzando il grafene e del bisolfuro di molibdeno, degli scienziati cinesi hanno sviluppato una porta (gate) di un transistor davvero minuscola. Parliamo di 0,34 nanomillimetri. Una lunghezza equivalente a un solo atomo di carbonio… I transistor al silicio stanno diventando sempre più piccoli, ma da un po’ di anni la tecnica si era bloccata a un limite che pareva insuperabile. Rimpicciolendo ancora i gate, i tecnici non riuscivano più a far viaggiare la corrente nei dispositivi.

Ora, però, utilizzando materiali atomici sottilissimi, degli scienziati cinesi sono riusciti a sviluppare un transistor con un gate piccolissimo. Un vero e proprio record per i transistor!

Un gate di un transistor grande un terzo di un nanometro

Il gate in questione è lungo appena 0,34 nanometri ed è spesso come un singolo strato di atomo di carbonio. Ma perché è così importante questo gate? In tutti i transistor, la corrente scorre dalla sorgente allo scarico. E questo determinante flusso è controllato dal gate, che si accende e si spegne in risposta a una tensione applicata. La lunghezza del gate è dunque un indicatore chiave delle dimensioni di un transistor.

I primi circuiti integrati, sviluppati negli anni ’50, erano grossi come mattonelle. Ma con il tempo i transistor al silicio si sono ridotti, secondo la legge di Moore, e in questo modo è aumentata la potenza di calcolo dei chip. Più transistor entrano in un microchip e più la macchina diventa veloce e potente… La paura era che i transistor si fossero ormai avvicinati ai loro limiti teorici per quanto riguardava le dimensioni dei loro gate. Al di sotto di circa cinque nanometri, dicevano i tecnici, il silicio non può più controllare il flusso di elettroni dalle sorgenti agli scarichi. Questo a causa di un effetto quantomeccanico noto come tunneling.

La rivoluzione cinese dei transistor

E qui sono arrivati i cinesi (della Tsinghua University di Pechino)… che hanno cominciato a darsi da fare con materiali bidimensionali per l’elettronica di nuova generazione, tra cui il grafene, che consiste in singoli strati di atomi di carbonio, e il bisolfuro di molibdeno, che è costituito da un foglio di atomi di molibdeno racchiuso tra due strati di atomi di zolfo. Già nel 2016, alcuni scienziati erano riusciti a sviluppare un gate di un nanomillimetro utilizzando nanotubi di carbonio e bisolfuro di molibdeno.

Ora gli scienziati in Cina però hanno fatto qualcosa di meglio. Hanno creato un transistor utilizzando grafene e bisolfuro di molibdeno con una lunghezza del gate di soli 0,34 nanomillimetri, sfruttando l’aspetto verticale del dispositivo. In pratica hanno realizzato il transistor con il gate più piccolo del mondo.

Il nuovo dispositivo è composto da due sezioni, una superiore e una inferiore, come due gradini. In cima al gradino più alto c’è la sorgente. In cima al gradino più basso, invece, c’è lo scarico. Ed entrambi questi strati sono realizzati con contatti in metallo titanio-palladio. La superficie del vano scala, che funge da canale elettrico di collegamento tra sorgente e scarico, è in bisolfuro di molibdeno. Sotto questa superficie c’è un sottile strato di biossido di afnio elettricamente isolante. All’interno della sezione superiore ci sono più strati di materiali. Alla base troviamo un foglio di grafene. Poi c’è un blocco di alluminio ricoperto di ossido di alluminio, che mantiene il grafene e il bisolfuro di molibdeno in gran parte separati…