Nel settore dei semiconduttori, attualmente esiste una strategia principale per migliorare la velocità e l'efficienza dei dispositivi:ridimensionare le dimensioni del dispositivo per inserire più transistor su un chip per computer, secondo la legge di Moore. Però, il numero di transistor su un chip di computer non può aumentare esponenzialmente per sempre, e questo sta motivando i ricercatori a cercare altri modi per migliorare le tecnologie dei semiconduttori.

In un nuovo studio pubblicato su Nanotecnologia , un team di ricercatori del SUNY-Polytechnic Institute di Albany, New York, ha suggerito che la combinazione di più funzioni in un singolo dispositivo a semiconduttore può migliorare la funzionalità del dispositivo e ridurre la complessità di fabbricazione, fornendo così un'alternativa al ridimensionamento delle dimensioni del dispositivo come unico metodo per migliorare la funzionalità.

Dimostrare, i ricercatori hanno progettato e fabbricato un dispositivo riconfigurabile che può trasformarsi in tre dispositivi semiconduttori fondamentali:un diodo p-n (che funziona come raddrizzatore, per convertire la corrente alternata in corrente continua), un MOSFET (per la commutazione), e un transistor a giunzione bipolare (o BJT, per amplificazione di corrente).

"Siamo in grado di dimostrare i tre dispositivi a semiconduttore più importanti (diodo p-n, MOSFET, e BJT) utilizzando un unico dispositivo riconfigurabile, " ha detto il coautore Ji Ung Lee al SUNY-Polytechnic Institute Phys.org . "Mentre questi dispositivi possono essere fabbricati individualmente in moderne strutture di fabbricazione di semiconduttori, richiedono spesso complessi schemi di integrazione se devono essere combinati, possiamo formare un unico dispositivo in grado di svolgere le funzioni di tutti e tre i dispositivi."

Il dispositivo multifunzionale è realizzato in diseleniuro di tungsteno bidimensionale (WSe ₂ ), un semiconduttore dicalcogenuro di metallo di transizione scoperto di recente. Questa classe di materiali è promettente per le applicazioni elettroniche perché il bandgap è sintonizzabile controllando lo spessore, ed è un bandgap diretto in forma a strato singolo. Il bandgap è uno dei vantaggi dei dichalcogenuri di metalli di transizione 2D rispetto al grafene, che ha zero bandgap.

Per integrare più funzioni in un unico dispositivo, i ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica di doping. Dal momento che WSe ₂ è un materiale così nuovo, fino ad ora sono mancate le tecniche di doping. Attraverso il doping, i ricercatori potrebbero realizzare proprietà come la conduzione ambipolare, che è la capacità di condurre sia elettroni che lacune in condizioni diverse. La tecnica del doping significa anche che tutte e tre le funzionalità sono dispositivi conduttori di superficie, che offre un unico, modo diretto di valutare le loro prestazioni.

"Invece di utilizzare le tradizionali tecniche di fabbricazione dei semiconduttori che possono formare solo dispositivi fissi, usiamo i cancelli per drogarci, " Lee ha detto. "Queste porte possono cambiare dinamicamente quali vettori (elettroni o fori) fluiscono attraverso il semiconduttore. Questa capacità di modifica consente al dispositivo riconfigurabile di eseguire più funzioni.

"Oltre a implementare questi dispositivi, il dispositivo riconfigurabile può potenzialmente implementare determinate funzioni logiche in modo più compatto ed efficiente. Questo perché l'aggiunta di porte, come abbiamo fatto, può salvare l'area complessiva e consentire un'elaborazione più efficiente."

Nel futuro, i ricercatori intendono approfondire le applicazioni di questi dispositivi multifunzionali.

"Speriamo di costruire circuiti informatici complessi con meno elementi del dispositivo rispetto a quelli che utilizzano l'attuale processo di fabbricazione dei semiconduttori, " ha detto Lee. "Questo dimostrerà la scalabilità del nostro dispositivo per l'era post-CMOS".

© 2017 Phys.org