Rendering dell'immagine del transistor. Credito:Rutherglen et al.
Mentre entriamo nel mondo wireless del 5G, comunicazioni nella banda delle onde millimetriche (cioè, da 30 a 300 GHz) diventerà sempre più importante, in particolare per applicazioni di trasferimento dati wireless ad alta velocità. Il guaio è che a queste piccole lunghezze d'onda, la potenza del segnale sul circuito si degrada rapidamente, richiedendo così che il circuito sia altamente integrato nel minimo ingombro possibile. Per implementare al meglio questo, la tecnologia dei transistor ad alta frequenza deve essere compatibile con la tecnologia del cavallo di battaglia dell'elettronica digitale:semiconduttori di ossido di metallo complementari (CMOS).
Studi recenti hanno suggerito che i transistor realizzati con nanotubi di carbonio allineati potrebbero portare a prestazioni migliori nei dispositivi wireless rispetto ai semiconduttori III-V comunemente usati. Ciò è dovuto principalmente alla loro amplificazione del segnale altamente lineare e alla loro migliore compatibilità con i circuiti CMOS.
Con questo in testa, ricercatori presso Carbonics Inc., una società di elettronica di semiconduttori con sede a Los Angeles, hanno recentemente sviluppato un nuovo tipo di transistor costituito da nanotubi di carbonio allineati. Questo nuovo transistor, presentato in un articolo pubblicato in Elettronica della natura , opera a frequenze gigahertz ed è più facile da integrare con la tecnologia CMOS rispetto alla maggior parte dei transistor esistenti.
"Durante i miei studi universitari, Ho lavorato con il Prof. Peter Burke all'UC Irvine (uno dei tedofori originali per la tecnologia) studiando applicazioni a radiofrequenza per i nanotubi di carbonio, "Christopher Rutherglen, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "Dopo la laurea, Ho continuato lo sforzo in un'azienda chiamata Aneeve LLC dove l'obiettivo era realizzare transistor ad alta frequenza utilizzando nanotubi di carbonio, utilizzando le licenze IP (proprietà intellettuale) del gruppo del Prof. Chongwu Zhou alla USC."
Nel 2014, Aneeve LLC, l'azienda in cui lavorava Rutherglen, è stata reintegrata come Carbonics Inc. dopo aver ricevuto sostanziali finanziamenti in capitale di rischio. Da allora, l'azienda ha cercato di sviluppare e infine commercializzare transistor a nanotubi di carbonio ad alta frequenza. I risultati, recentemente pubblicato in Elettronica della natura , rappresentano un notevole balzo in avanti sia per Carbonics Inc. sia per l'evoluzione complessiva di questo particolare tipo di transistor.
La differenza chiave tra i transistor ad alta frequenza sviluppati da Rutherglen e dai suoi colleghi e le tecnologie esistenti comparabili è che i primi sono costituiti da migliaia di nanotubi di carbonio allineati piuttosto che da materiali Si o III-V di dimensioni superiori. Un importante vantaggio dei nanotubi di carbonio è che sono materiali unidimensionali, e quindi hanno caratteristiche di trasporto superiori.
"Per esempio, poiché gli elettroni vengono trasportati attraverso qualsiasi materiale, c'è una tendenza per loro a disperdersi o scontrarsi lungo il loro percorso di viaggio, che alla fine riduce la velocità del dispositivo complessivo, " Rutherglen ha spiegato. "In materiali unidimensionali come i nanotubi di carbonio, gli elettroni possono percorrere distanze molto più lunghe prima di disperdersi perché ci sono meno stati disponibili in cui l'elettrone può disperdersi. In parole povere:non può disperdersi su o giù, destra o sinistra, perché tali stati non esistono nei materiali 1-D."
Un ulteriore vantaggio dei nanotubi di carbonio nei transistor è che possono essere applicati a un'ampia varietà di substrati utilizzando un semplice metodo di rivestimento superficiale. Questa caratteristica facilita la loro integrazione con CMOS e altre tecnologie dei semiconduttori, in quanto li rende più facili da combinare con altri materiali.
Rendering dell'immagine del transistor. Credito:Rutherglen et al.
"Per quasi due decenni, i transistor ad alta frequenza basati su nanotubi di carbonio sono stati propagandati come una tecnologia rivoluzionaria, " ha detto Rutherglen. "Tuttavia, le aspettative gonfiate in quei primi giorni non sono state soddisfatte, lasciando che molti successivamente scartino i meriti della tecnologia e vadano avanti. Come riportato nel nostro articolo, abbiamo dimostrato per la prima volta che la tecnologia dei transistor ad alta frequenza con nanotubi di carbonio è in grado di fornire prestazioni eccezionali del dispositivo in metriche chiave".
Lo studio condotto da Rutherglen e dai suoi colleghi apre nuove possibilità per lo sviluppo di transistor più facili da integrare con i circuiti CMOS. I loro risultati suggeriscono anche che le prestazioni dei transistor potrebbero essere ulteriormente migliorate affrontando alcune delle sfide note associate allo sviluppo di questo tipo di tecnologia.
Nel futuro, i risultati raccolti da questo team di ricercatori potrebbero indurre un cambiamento nell'industria dei semiconduttori, incoraggiare i produttori di elettronica a rivalutare il design e la struttura dei transistor esistenti. Per portare i transistor a nanotubi di carbonio allineati da uno stadio di prototipo al mercato di massa, però, la tecnologia dovrà ancora ricevere investimenti di centinaia di milioni di dollari.
"Il nostro prossimo passo è continuare a migliorare i risultati raggiunti e lavorare con i partner del settore per promuovere la tecnologia, " Rutherglen ha detto. "Siamo attualmente impegnati in licenze e partnership per il trasferimento di tecnologia con i partecipanti al settore".
© 2019 Scienza X Rete
