(Phys.org) — I ricercatori stanno sviluppando un nuovo tipo di tecnologia dei semiconduttori per i futuri computer ed elettronica basata su "nanocristalli bidimensionali" stratificati in fogli spessi meno di un nanometro che potrebbero sostituire i transistor di oggi.

La struttura a strati è costituita da un materiale chiamato bisolfuro di molibdeno, che appartiene a una nuova classe di semiconduttori - i di-calogenuri metallici - che emergono come potenziali candidati per sostituire la tecnologia odierna, semiconduttori di ossido di metallo complementare, o CMOS.

Saranno necessarie nuove tecnologie per consentire all'industria dei semiconduttori di continuare a progredire nelle prestazioni dei computer grazie alla capacità di creare transistor sempre più piccoli. Sta diventando sempre più difficile, però, continuare a ridurre i dispositivi elettronici realizzati con semiconduttori a base di silicio convenzionali.

"Raggiungeremo molto presto i limiti fondamentali della tecnologia CMOS basata sul silicio, e ciò significa che devono essere trovati nuovi materiali per continuare a ridimensionare, " disse Saptarshi Das, chi ha conseguito il titolo di dottore di ricerca, lavorando con Joerg Appenzeller, professore di ingegneria elettrica e informatica e direttore scientifico di nanoelettronica presso il Birck Nanotechnology Center di Purdue. "Non credo che il silicio possa essere sostituito da un singolo materiale, ma probabilmente materiali diversi coesisteranno in una tecnologia ibrida".

I nanocristalli sono chiamati bidimensionali perché i materiali possono esistere sotto forma di fogli estremamente sottili con uno spessore di 0,7 nanometri, o all'incirca la larghezza di tre o quattro atomi. I risultati mostrano che il materiale si comporta meglio quando viene formato in fogli di circa 15 strati con uno spessore totale di 8-12 nanometri. I ricercatori hanno anche sviluppato un modello per spiegare queste osservazioni sperimentali.

I risultati appaiono questo mese come storia di copertina nel diario Lettere di ricerca rapida . Il documento è stato co-autore di Das e Appenzeller, che hanno anche co-autore di un documento da presentare durante la conferenza annuale sulla ricerca sui dispositivi presso l'Università di Notre Dame dal 23 al 26 giugno.

"Il nostro modello è generico e, perciò, si ritiene applicabile a qualsiasi sistema stratificato bidimensionale, " disse Das.

Il bisolfuro di molibdeno è promettente in parte perché possiede un bandgap, un tratto necessario per accendere e spegnere, che è fondamentale per i transistor digitali per memorizzare le informazioni in codice binario.

L'analisi del materiale o l'integrazione in un circuito richiede un contatto metallico. Però, un fattore che limita la capacità di misurare le proprietà elettriche di un semiconduttore è la resistenza elettrica nel contatto. I ricercatori hanno eliminato questa resistenza di contatto utilizzando un metallo chiamato scandio, consentendo loro di determinare le vere proprietà elettroniche del dispositivo a strati. I loro risultati sono stati pubblicati nel numero di gennaio della rivista Nano lettere con gli studenti di dottorato Hong-Yan Chen e Ashish Verma Penumatcha come altri coautori.

I transistor contengono componenti critici chiamati gate, che consentono ai dispositivi di accendersi e spegnersi e di dirigere il flusso di corrente elettrica. Nelle patatine di oggi, la lunghezza di queste porte è di circa 14 nanometri, o miliardesimi di metro.

L'industria dei semiconduttori prevede di ridurre la lunghezza del gate a 6 nanometri entro il 2020. Tuttavia, è probabile che ulteriori riduzioni delle dimensioni e aumenti di velocità non siano possibili utilizzando il silicio, il che significa che saranno necessari nuovi design e materiali per continuare a progredire.