Nessun limite ai transistor: dal Silicio al Grafene

Nessun limite ai transistor: dal Silicio al Grafene6.7109

Un microprocessore oggi giorno è l’esempio lampante dello sviluppo tecnologico a cui è arrivata la nostra società.

A partire dai più complessi supercomputer fino a i più microscopici nano computer passando per una miriade di elettrodomestici (lavatrici, microonde, registratori,riscaldamenti) e per avanzatissimi congegni come possono essere i nostri Pc o i comuni cellulari, questo essenziale componente è necessario per fargli funzionare. E la lista non finirebbe di certo qui.

Questi oggetti sono infatti caratterizzati da una stessa anima costituita da migliaia di transistor sempre più piccoli e potenti.

Ma questo geniale congegno potrebbe presto (una decina di anni) cambiare radicalmente partendo dalla sua composizione.

Oggi infatti è il Silicio, elemento maggiormente presente sulla superficie terrestre, che permette la costruzione di questi piccoli concentrati di tecnologia.

La peculiarità di questi atomi posizionati al quattordicesimo posto nella tavola periodica e indicati come semimetalli, hanno permesso fino a oggi la creazione di transistor sempre più piccoli (circa 22 nanometri) e comunemente con frequenze operative fino a un massimo di circa 7 Ghz.

Da quando fu creato il primo prototipo nel lontano 1947 molte cose sono cambiate.

Tecniche successive di litografia, drogatura del la superficie e molti altri espedienti, hanno permesso di arrivare a risultati davvero ottimi e delle forme ibride tra Silicio e Germanico o con il nitrato di Gallio sembravano dare buone prospettive per il futuro.

Nonostante tutto ciò, la famosa legge di Moore che enuncia che la potenza di calcolo dei processori sarebbe raddoppiata ogni 18 mesi rischia di cadere definitivamente per i noti limiti fisici che sono divisibili in due categorie limiti_phisis e i limiti_litho

I Primi sono i limiti riguardanti la perdita delle caratteristiche proprie del Silicio con il diminuire del numero di atomi utilizzati (addirittura fino alla decina per transistor) e alla difficoltà di drogaggio e di isolamento di spazzi sempre più piccoli.

I secondi consistono nelle tecniche di litografia attuali che utilizzano raggi a lunghezza d’onda di 193nm che successivamente vengono rimpiccioliti facendoli passare attraverso lenti e liquidi ma che sfortunatamente a certe dimensioni elevatamente piccole sono soggetti ad effetti che gli rendono imprecisi.

Per affrontare questi problemi da qualche anno si è dunque pensato ad altre strade che avrebbero potuto aprire a nuove frontiere.

Una delle proposte più attendibili anche se ancora lontana si propone di modificare per intero la struttura del transistor passando dagli atomi di Silicio a quelli di Grafite.

Il Grafene infatti ,derivante della Grafite, è una molecola bidimensionale (spessa 0.35 nm) di particelle di carboni che in questi ultimi anni ha molto attratto l’attenzione.

Questo materiale infatti stupisce molto per le sue caratteristiche fisiche che teoricamente potrebbero stracciare gli scores ottenibili con gli attuali.

Infatti si è scoperto che grazie alle tecniche litografiche già conosciute e all’ossido di silicio (in grado di indebolire i legami fra le molecole) la costruzione di transistor risulta relativamente semplice e permette di arrivare a limiti molto più estremi.

Sommariamente si può già sapere infatti che con questi nuovi processi si possono costruire semiconduttori molto più piccoli arrivando addirittura a 1 nm, e inoltre con velocità nettamente maggiori superiore ai 100Ghz fino ad arrivare ai Thz.

La costruzione di questi particolari prodotti non è dunque più così lontana e gli studiosi affermano che nell’arco del decennio (in concomitanza con il raggiungimento dei limiti del Silicio) potrebbe nascere la produzione di questi nuovi elementi.

I problemi tutt’oggi sono ancora molti e il principale è l’effetto Hooge che consiste nel rumore elettrico che viene generato.

Questo è causato dal movimento accelerato delle particelle che provoca interferenze importanti.

Le difficoltà poi sarebbero ancora molte come ad esempio la lunga catena di processi per poter sfruttare il materiale e l’impossibilità di creare wafer con dimensioni simili alle attuali, ma lo studio da parte di colossi come IBM è molto ampio.

La grande multinazionale è infatti già riuscita ad ottenere circa un anno fa un transistor(FET) viaggiante a 26Ghz e della grandezza di circa 150 nm.

Un altro esempio, quello creato da Andre Geim e Kostya Novoselov della lunghezza di solo 10 nm, è la pura dimostrazione che le tecnologie sono già disponibili anche se è ancora necessario migliorarle.

La via che si sta aprendo potrebbe dunque portare a una radicale trasformazione nel campo informatico e allontanerebbe di certo i limiti attualmente imposti dalla fisica.

Cosa succederà quindi nel giro di 10 anni? La legge di Moore potrà essere rispettata o decadrà presto?

Chi vivrà vedrà.