(Phys.org)—Un nuovo tipo di transistor a forma di albero di Natale è arrivato giusto in tempo per le vacanze, ma il prototipo non sarà annidato sotto l'albero insieme agli altri doni.
"È un'anteprima delle cose che verranno nel settore dei semiconduttori, " disse Peide "Pietro" Sì, professore di ingegneria elettrica e informatica alla Purdue University.
I ricercatori delle università di Purdue e Harvard hanno creato il transistor, che è costituito da un materiale che potrebbe sostituire il silicio entro un decennio. Ogni transistor contiene tre minuscoli nanofili fatti non di silicio, come i transistor convenzionali, ma da un materiale chiamato indio-gallio-arseniuro. I tre nanofili sono progressivamente più piccoli, ottenendo una sezione trasversale affusolata che ricorda un albero di Natale.
La ricerca si basa su lavori precedenti in cui il team ha creato una struttura 3D invece dei tradizionali transistor piatti. L'approccio potrebbe consentire agli ingegneri di costruire più velocemente, circuiti integrati più compatti ed efficienti e laptop più leggeri che generano meno calore di quelli odierni.
Nuovi risultati mostrano come migliorare le prestazioni del dispositivo collegando i transistor verticalmente in parallelo.
"Una casa a un piano può contenere così tante persone, ma più piani, più persone, ed è la stessa cosa con i transistor, " Ye ha detto. "Impilarli si traduce in un funzionamento più attuale e molto più veloce per l'elaborazione ad alta velocità. Questo aggiunge una dimensione completamente nuova, quindi li chiamo 4-D."
I risultati saranno dettagliati in due documenti che saranno presentati durante l'International Electron Devices Meeting dell'8-12 dicembre a San Francisco. Uno dei documenti è stato evidenziato dagli organizzatori della conferenza come tra "gli argomenti e i documenti più degni di nota da presentare".
Il lavoro è guidato dallo studente di dottorato di Purdue Jiangjiang Gu e dal ricercatore post-dottorato di Harvard Xinwei Wang.
La nuova generazione di chip per computer in silicio, presentato quest'anno, contengono transistor con una struttura 3D verticale invece di un design piatto convenzionale. Però, poiché il silicio ha una "mobilità elettronica" limitata - la velocità di flusso degli elettroni - presto saranno probabilmente necessari altri materiali per continuare a far progredire i transistor con questo approccio 3-D, Hai detto.
L'arseniuro di indio-gallio è tra i numerosi semiconduttori promettenti studiati per sostituire il silicio. Tali semiconduttori sono chiamati materiali III-V perché combinano elementi del terzo e quinto gruppo della tavola periodica.
I transistor contengono componenti critici chiamati gate, che consentono ai dispositivi di accendersi e spegnersi e di dirigere il flusso di corrente elettrica. Cancelli più piccoli rendono possibile un funzionamento più rapido. Negli odierni transistor al silicio 3-D, la lunghezza di queste porte è di circa 22 nanometri, o miliardesimi di metro.
Il design 3-D è fondamentale perché le lunghezze del gate di 22 nanometri e inferiori non funzionano bene in un'architettura a transistor piatta. Gli ingegneri stanno lavorando per sviluppare transistor che utilizzano lunghezze di gate ancora più piccole; 14 nanometri sono attesi entro il 2015, e 10 nanometri entro il 2018.
Però, riduzioni delle dimensioni oltre i 10 nanometri e ulteriori miglioramenti delle prestazioni probabilmente non sono possibili utilizzando silicio, il che significa che saranno necessari nuovi materiali per continuare a progredire, Hai detto.
La creazione di transistor più piccoli richiederà anche la ricerca di un nuovo tipo di isolante, o strato "dielettrico" che consente lo spegnimento del cancello. Poiché le lunghezze dei gate si riducono a meno di 14 nanometri, il dielettrico utilizzato nei transistor convenzionali non funziona correttamente e si dice che "perda" carica elettrica quando il transistor è spento.
I nanofili nei nuovi transistor sono rivestiti con un diverso tipo di isolante composito, uno strato di 4 nanometri di alluminato di lantanio con un ultrasottile, strato di mezzo nanometro di ossido di alluminio. Il nuovo dielettrico ultrasottile ha permesso ai ricercatori di creare transistor in arseniuro di indio-gallio con gate da 20 nanometri, che è una pietra miliare, Hai detto.
