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Processori, addio al silicio e Legge di Moore in salvo: questa scoperta potrebbe cambiare tutto

La Legge di Moore è morta, no è viva, no si sta solo evolvendo… beh, è almeno una decina d’anni che si sentono dichiarazioni attorno a quella che è stata per decenni la previsione azzeccata di uno dei fondatori di Intel. La Legge di Moore non è mai stata un dogma, né una regola che potesse tenere conto dell’evoluzione tecnologica – dal packaging agli stessi processi produttivi, fino ai materiali – introdotti nei decenni successivi. Tuttavia, ha rappresentato un faro all’evoluzione informatica, quindi ha un suo peso specifico.

L’importante è sempre il risultato finale, quindi avere chip più potenti: non importa se ci si arrivi raddoppiando il numero di transistor ogni due anni come dice la Legge di Moore o seguendo altre strade. Ciononostante, nei prossimi anni il mondo dell’hardware potrebbe imbattersi nel serio problema rappresentato dai limiti fisici del silicio che potrebbero impedire la miniaturizzazione dei transistor.

È quindi interessante vedere dove sta andando la ricerca scientifica e i progressi che sta compiendo per trovare una soluzione. I ricercatori del MIT di Boston, della University of California di Berkeley e di TSMC hanno pubblicato uno studio su Nature in cui illustrano una nuova soluzione per consentire ai chip di continuare a offrirci prestazioni sempre più alte all’interno di consumi adeguati.

Una delle strade che si stanno analizzando per il post-silicio coinvolge i materiali bidimensionali, spessi uno o pochi atomi, per realizzare nuovi transistor. Il problema è che interfacciare i materiali bidimensionali (detti anche monostrato) ai componenti elettronici tradizionali finora si è rivelato piuttosto complicato.

I ricercatori di MIT, UC Berkeley e TSMC dicono di aver trovato un modo nuovo per realizzare le connessioni elettriche necessarie e favorire una futura miniaturizzazione dei componenti e, potenzialmente, estendere la validità della Legge di Moore anche in futuro.

“Abbiamo risolto uno dei maggiori problemi nella miniaturizzazione dei semiconduttori, la resistenza di contatto tra un elettrodo metallico e un materiale semiconduttore monostrato“, ha affermato il ricercatore Cong Su della UC Berkeley.

La soluzione consiste nell’uso di un semimetallo, il bismuto, al posto dei metalli ordinari per il collegamento con il materiale monostrato, in questo caso il disolfuro di molibdeno che fa parte della famiglia dei “dicalcogenuri dei metalli di transizione“.

L’interfacciamento tra metalli e materiali semiconduttori produce infatti un fenomeno chiamato MIGS (metal-induced gap state) che porta alla formazione di una barriera Schottky, un fenomeno che inibisce il flusso dei portatori di carica. L’utilizzo di un semimetallo, le cui proprietà elettroniche rientrano tra quelle dei metalli e dei semiconduttori, unito ad un corretto allineamento energetico tra i due materiali, ha permesso di eliminare il problema.


Illustrazione di un transistor semiconduttore monostrato

Questi materiali bidimensionali, sottili fogli da uno a pochi atomi di spessore, garantiscono un’ulteriore miniaturizzazione dei transistor riducendo di diverse volte la lunghezza del canale, portandola dai 5-10 nm odierni a una scala “subnanometrica”.

Oltre al progresso in sé e per sé, il problema di ottenere un contatto metallico a bassa resistenza con tali materiali ha finora ostacolato anche la ricerca di base sulla fisica di questi nuovi materiali monostrato. Di conseguenza questa scoperta potrebbe sbloccare altri studi e progressi.

Capire come scalare e integrare il tutto a livello commerciale richiederà ancora tempo, ma secondo i ricercatori molti esperimenti in fisica potranno beneficiare immediatamente di questo studio.

Nel frattempo, i ricercatori continueranno ad approfondire il tema, provando a capire come continuare a ridurre le dimensioni e cercando altri accoppiamenti di materiali che potrebbero consentire migliori contatti elettrici con l’altro tipo di portatori di carica (lacune). Il problema è stato risolto per i transistor di tipo N, ma se riusciranno a trovare una combinazione per creare anche un efficiente transistor di tipo P monostrato, si potrebbero spalancare nuove possibilità per lo sviluppo dei chip dei prossimi decenni.