(PhysOrg.com) -- I ricercatori dell'Università di Notre Dame e della Pennsylvania State University hanno annunciato progressi nello sviluppo di transistor ad effetto di campo (TFET) a effetto tunnel. una tecnologia dei semiconduttori che sfrutta il comportamento bizzarro degli elettroni a livello quantistico.

I transistor sono gli elementi costitutivi dei dispositivi elettronici che alimentano il mondo digitale, e gran parte della crescita della potenza di calcolo negli ultimi 40 anni è stata resa possibile dall'aumento del numero di transistor che possono essere impacchettati su chip di silicio.

Ma quella crescita, se lasciato alla tecnologia attuale, potrebbe presto finire.

Molti nel campo dei semiconduttori pensano che l'industria si stia avvicinando rapidamente ai limiti fisici della miniaturizzazione dei transistor. Il problema principale nei transistor moderni è la dispersione di potenza che porta alla generazione di calore eccessivo da miliardi di transistor nelle immediate vicinanze.

I recenti progressi di Notre Dame e Penn State, che sono partner del Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery (MIND), mostrano che i TFET sono sulla buona strada per risolvere questi problemi offrendo prestazioni paragonabili ai transistor di oggi, ma con un'efficienza energetica molto maggiore.

Lo fanno sfruttando la capacità degli elettroni di "tunnel" attraverso i solidi, un effetto che sembrerebbe magico su scala umana ma è un comportamento normale a livello quantistico.

"Oggi un transistor si comporta come una diga con un cancello mobile", afferma Alan Seabaugh, professore di ingegneria elettrica a Notre Dame e Frank M. Freimann Direttore di MIND. "La velocità con cui scorre l'acqua, il corrente, dipende dall'altezza del cancello."

"Con i transistor a tunnel, abbiamo un nuovo tipo di cancello, una porta attraverso la quale la corrente può fluire invece che oltre. Regoliamo elettricamente lo spessore del cancello per accendere e spegnere la corrente."

"I dispositivi di tunneling elettronico hanno una lunga storia di commercializzazione, "aggiunge Seabaugh, "Molto probabilmente hai tenuto più di un miliardo di questi dispositivi in ​​un'unità flash USB. Il principio del tunneling meccanico quantistico è già utilizzato per i dispositivi di archiviazione dati".

Sebbene i TFET non abbiano ancora l'efficienza energetica degli attuali transistor, i documenti pubblicati nel dicembre 2011 da Penn State e nel marzo 2012 da Notre Dame dimostrano miglioramenti record nella corrente di azionamento dei transistor a tunnel, e sono previsti ulteriori progressi nel prossimo anno.

"I nostri sviluppi si basano sulla ricerca della giusta combinazione di materiali semiconduttori con cui costruire questi dispositivi, "dice Suman Datta, professore di ingegneria elettrica alla Penn State University.

"Se abbiamo successo, l'impatto sarà significativo in termini di circuiti integrati a bassa potenza. Queste, a sua volta, aumentare la possibilità di circuiti autoalimentati che, in combinazione con dispositivi di raccolta di energia, potrebbe consentire un monitoraggio attivo della salute, intelligenza ambientale, e dispositivi medici impiantabili”.

Un altro vantaggio dei transistor a tunnel è che il loro utilizzo per sostituire la tecnologia esistente non richiederebbe un cambiamento totale nel settore dei semiconduttori. Gran parte della progettazione del circuito esistente e dell'infrastruttura di produzione rimarrebbero invariate.

"Una forte ricerca universitaria su nuovi dispositivi come i TFET è fondamentale per continuare il rapido ritmo dello sviluppo tecnologico, "ha detto Jeff Welser, direttore della Nanoelectronics Research Initiative. "Gran parte dell'industria riconosce che saranno necessarie collaborazioni sia con il mondo accademico che con le agenzie governative per trovare e sviluppare questi nuovi concetti".

Altri due partner del centro MIND, la Purdue University e l'Università del Texas a Dallas, hanno dato un contributo significativo allo sviluppo dei TFET attraverso lo sviluppo di modelli chiave e strumenti analitici.