IBM: primo transistor a nanotubi di carbonio da 9nm

I ricercatori di IBM hanno realizzato un transistor in nanotubi di carbonio delle dimensioni di 9 nanometri, dimostrando come sia possibile, pur scendendo al di sotto della barriera dei 10 nanometri, realizzare un dispositivo in grado di mostrare migliori proprietà di qualunque altro transistor di queste dimensioni, compresi quelli tradizionalmente costruiti in silicio.

Si tratta della prima realizzazione sperimentale di un transistor di tali dimensioni utilizzando i nanotubi di carbonio. Per diversi anni il mondo della ricerca si è concentrato attorno a queste strutture nanoscopiche, teorizzando la possibilità di realizzare dispositivi elettronici dalle dimensioni notevolmente inferiori rispetto a quanto possibile oggi e a quanto dettato dai limiti fisici del silicio. Assieme al grafene, i nanotubi di carbonio rappresentano i candidati più gettonati a prendere il posto del silicio a dimensioni inferiori i 10 nanometri.

John Rogers, docente di scienza dei materiali presso l'University of Illinois di Urbana-Champaign, commenta su Technology Review: "I risultati mettono in luce il valore dei nanotubi nei più sofisticati tipi di transistor. Suggeriscono molto chiaramente che i nanotubi hanno il potenziale per fare qualcosa in grado di competere con il silicio o di esserne complementari".

Nel campo dell'evoluzione elettronica la miniaturizzazione rappresenta ad oggi l'approccio principale con il quale si cerca di realizzare dispositivi dalla maggior potenza computazionale e dal minor consumo energetico. Miniaturizzazione che però, nel caso del silicio, incomincia ad incontrare ostacoli attorno alla barriera dei 10 nanometri: è a queste dimensioni che diventa difficoltoso riuscire a controllare opportunamente il movimento degli elettroni nel canale di silicio di un transistor, arrivando a fenomeni di dispersione della corrente che porterebbero così il dispositivo ad incrementare il suo consumo energetico e a compromettere anche la sua potenza computazionale.

La ricerca si sta quindi spingendo a cercare materiali le cui proprietà fisiche consentano di scendere oltre quella barriera, con i nanotubi di carbonio spesso al centro delle attività di ricerca. Tuttavia la capacità dei nanotubi in carbonio di poter comportarsi in maniera opportuna anche a dimensioni particolarmente ridotte è solamente stata teorizzata dal momento che fino ad ora sono stati costruiti e testati in laboratorio dispositivi di dimensioni superiori. Aaron Franklin, ricercatore presso il Watson Research Center di IBM a Yorktown Heights, spiega: "Se i nanotubi non riuscissero ad andare molto oltre la barriera imposta dal silicio, lavorare su di essi sarebbe una perdita di tempo. Per questo abbiamo realizzato transistor in nanotubi a dimensioni estremamente ridotte, riuscendo a dimostrare un comportamento di gran lunga migliore dei più avanzati dispositivi in silicio".

Per osservare quale relazione vi sia tra le dimensioni dei transistor in nanotubi e le loro prestazioni, il gruppo di ricercatori ha realizzato più transistor di differenti dimensioni lungo un singolo nanotubo. In questa maniera è stato possibile osservare e controllare ogni variazione che possa occorrere da nanotubo a nanotubo. La realizzazione dei transistor è stata effettuata depositando uno strato molto sottile di materiale isolante sul quale collocare il nanotubo al quale sono stati poi apposti i gate elettrici mediante un processo a due stadi sviluppato dai ricercatori allo scopo di evitare danneggiamenti del nanotubo. Si tratta di tecniche sperimentali adatte all'attività di ricerca e che attualmente non sono pronte per un'eventuale produzione commerciale.

I risultati delle sperimentazioni condotte dai ricercatori IBM hanno dimostrato che queste strutture sono in grado di consumare un minor quantitativo di energia rispetto a qualunque altro dispositivo dalle medesime dimensioni e di mostrare un miglior segnale elettronico. Restano attualmente una serie di problemi da risolvere per poter avvicinare questi prototipi alla realizzazione in volumi. Anzitutto i ricercatori devono individuare un miglior metodo che consenta di realizzare grandi quantità di nanotubi di carbonio in purezza (dato che impurità metalliche potrebbero causare cortocircuiti), in secondo luogo è necessario individuare un modo per collocare un elevato numero di nanotubi di carbonio su una superficie con un perfetto allineamento tra loro.