In realizzazione i futuri transistor in... diamante!

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Presso il Japan's National Institute for Materials Science diretto da Jiangwei Liu sono in sviluppo transistor a base di diamante, per sostituire il classico transistor basato sul silicio in applicazioni più specifiche dove quest'ultimo mostra evidenti limiti.

Parliamo dell'equivalente del mattoncino in una costruzione di Lego, ovvero il transistor in un chip elettronico: device elementare che permette lo scorrimento della corrente in un circuito a seconda della tensione applicata ai suoi terminali. Basta prenderne qualche miliardo per realizzare la componentistica elettronica alla base dello smartphone che state tenendo tra le vostre mani.

Già questi numeri dovrebbero chiarire che l'utilizzo del diamante per realizzare i transistor non è mirato alla produzione su larga scala, ma solo per quelle applicazioni in cui il classico transistor in silicio fallisce per cause fisiche: quando le tensioni ai suoi capi sono troppo alte, in caso di un ambiente di lavoro con temperature esageratamente alte o in presenza di radiazioni elettromagnetiche di frequenza elevata.

Il diamante (formato da atomi di carbonio) è stato scelto non solo per la sua durezza fisica, ma anche per la conducibilità termica che permetterebbero al transistor di lavorare in situazioni particolarmente "calde". Infine sarebbe possibile applicare una tensione ai suoi terminali molto più elevata di quelle attuali.

Il gruppo di ricerca giapponese sta partendo dal MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor) per realizzare il nuovo transistor di diamante. Il famosissimo MOSFET è un tipo di transistor che permette alla corrente di scorrere o meno in base alla tensione applicata al suo terminale di gate, che controlla dunque il flusso di corrente totale che scorre nel device. Per fare un esempio pratico e alquanto rozzo, per la trasmissione di un'informazione in sequenza di bit 11001 basta prendere 5 MOSFET, sistemarli in parallelo l'uno con l'altro, e far scorrere corrente (equivalente del valore 1) solo nei primi due e nell'ultimo. Il terzo e il quarto devono trasmettere il bit zero, quindi non devono essere attraversati da corrente. A questo punto l'importanza del controllo del terminale di gate dovrebbe essere abbastanza chiara.

I ricercatori stanno procedendo alla realizzazione del costoso transistor depositando ossido di ittrio direttamente sulla superficie di uno strato di diamante ricoperto di idrogeno, il tutto per la formazione del gate del MOSFET. Le molecole di ossido di ittrio vengono "sparate" allo stato solido sul diamante, dove si vaporizzano ricoprendolo e successivamente si solidificano nuovamente. L'ossido di ittrio è stato scelto per la sua stabilità termica e per essere un ottimo isolante.

Ora gli sforzi del team di ricerca si stanno concentrando sulla scelta degli strati di ossido di ittrio da depositare e sullo studio del movimento degli elettroni nello strato di carbonio-idrogeno, fondamentale per ottenere un flusso di corrente stabile.

L'obiettivo finale è la costruzione di un vero e proprio circuito integrato usando il diamante, così da realizzare un device in grado di lavorare in condizioni di calore e radiazioni estreme. Sarebbe così possibile arrivare alla realizzazione della "hardened electronics".

Le tecniche per la realizzazione dei transistor sono innumerevoli e se siete curiosi di conoscerne altre e vi siete persi news precedenti vi consigliamo questa interessante lettura sui transistor a nanocristalli.

FONTE: Phys.org
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