Ricercatori svizzeri hanno costruito un transistor il cui elemento cruciale è un nanotubo di carbonio, sospeso tra due contatti, con eccezionali proprietà elettroniche. Un nuovo approccio di fabbricazione ha permesso agli scienziati di costruire un transistor senza isteresi di gate. Questo apre nuovi modi per produrre nanosensori e componenti che consumano particolarmente poca energia.

I limiti della microtecnologia convenzionale, a base principalmente di silicio, sono stati raggiunti. Più piccolo e migliore è ottenibile solo utilizzando nuovi materiali e tecnologie. Ecco perché la ricerca spera in grandi cose dai nanotubi di carbonio (CNT), tubuli ultrafini di pochi nanometri di diametro, realizzato in puro carbonio.

I CNT hanno notevoli strutture strutturali, proprietà meccaniche ed elettroniche. Il gruppo di ricerca guidato da Christofer Hierold, Professore di Micro e Nanosistemi all'ETH di Zurigo, mira a utilizzarli nei componenti della nanoelettronica. Lui e il suo gruppo di ricerca, in particolare il dottorando Matthias Muoth, sono ora riusciti a costruire un transistor ad effetto di campo privo di isteresi basato su un singolo CNT con nanocontatti metallici. I ricercatori lo hanno riportato di recente su "Nature Nanotechnology".

Per costruire il transistor, i ricercatori hanno permesso a un singolo CNT di crescere tra due punte di polisilicio. Per un buon contatto elettrico, hanno depositato a vapore metallo di palladio sulle estremità del tubulo in un modo estremamente preciso. Gli scienziati hanno incluso una copertura scorrevole, la maschera d'ombra, per proteggere la sezione centrale del CNT da metallizzazioni indesiderate. Un substrato di silicio, anch'esso rivestito di metallo e posizionato tre micron al di sotto del CNT, fungeva da terminale di controllo chiamato gate.

La riuscita fabbricazione del transistor con il CNT e il preciso interfacciamento delle sue estremità con il palladio non sono gli unici aspetti decisivi per Christofer Hierold. Ritiene che la svolta sia il fatto che il transistor non mostra quella che viene chiamata isteresi di gate. L'isteresi è assente anche con un'umidità atmosferica del 45 percento. Considera questo come "un notevole passo avanti per i componenti destinati all'uso come sensori".

L'isteresi rappresenta le proprietà indesiderate di un sistema elettronico. Per esempio, se la tensione al gate di controllo del transistor viene aumentata e poi ridotta di nuovo, ci può essere uno spostamento indesiderato nella tensione di soglia del transistor. Le proprietà del transistor in un punto di lavoro dipendono quindi dalla sua storia, ad esempio sulle tensioni di gate a cui è stato precedentemente esposto. Questi spostamenti indesiderati della tensione di soglia provengono anche da cariche che possono essere intrappolate sui difetti del CNT o negli ossidi nelle loro vicinanze.

Tale isteresi non viene osservata e i ricercatori considerano questo come un segno di una disposizione dei transistor particolarmente di alta qualità con basso difetto, CNT di elevata purezza.

Il nuovo componente apre interessanti possibilità applicative per sensori e altri componenti nanoelettromeccanici. Ad esempio il transistor potrebbe essere utilizzato in sensori di gas o estensimetri altamente sensibili, e anche in una disposizione di risonatore come nanobilancia. I transistor CNT potrebbero essere molto utili anche come filtri per ricevere la corretta frequenza nei telefoni cellulari, poiché sono più piccoli e consumano meno energia rispetto ai filtri di frequenza convenzionali. Ciò comporta l'utilizzo dell'eccitazione elettromeccanica per far vibrare un CNT con una frequenza caratteristica come una corda di chitarra. Tutte le altre frequenze, d'altra parte, non sono in grado di eccitare il nanotubo. Secondo il professore dell'ETH, "Si spera che tali filtri nanoelettromeccanici siano migliori di quelli puramente elettronici". Lui dice che, in ogni caso, un grande vantaggio dei nuovi componenti è la loro bassa richiesta di energia.

Hierold dice che la miniaturizzazione del transistor non è ancora completa. Solo il CNT come nanostruttura con un diametro da uno a tre nanometri e, come mostrato qui, con lunghezze di canale fino a 30 nanometri e forse anche meno è stato "miniaturizzato". Il Professore sottolinea che "Stiamo ancora utilizzando la tecnologia convenzionale per strutturare le punte e la maschera d'ombra del nuovo componente".

La nuova tecnologia non è ancora progredita al punto da sostituire presto i transistor del tipo utilizzato negli attuali chip per computer. Però, Hierold sottolinea che “Ora abbiamo creato un componente che ci permette di fare un grande passo avanti, soprattutto nella tecnologia dei micro e dei nanosistemi, vale a dire nell'area dei materiali funzionali integrati per sensori e attuatori.”