Gli ultimi venti anni del secolo scorso hanno visto la crescita veloce dell’industria elettronica, sospinta dall’incremento della velocità di lavoro dei processori e dei controllori. I clock sono passati dai megahertz ai gigahertz e lì si sono fermati, mentre la tecnologia ha fatto passi da gigante nella costruzione, riducendo lo spazio necessario all’elettronica.
Tuttavia ridurre lo spazio continuando a lavorare a frequenze elevate ha portato al problema del surriscaldamento, che può arrivare al punto di rompere il componente, poiché le connessioni di bonding all’interno dei chip sono realizzate mediante fili microscopici.
I ricercatori statunitensi del MIT ed i loro colleghi dell’Università di Augsburg, in Germania, riferiscono la scoperta di un nuovo fenomeno fisico che potrebbe rivoluzionare nuovamente la tecnica. Questo fenomeno che si sta studiando potrebbe portare alla produzione della nuova generazione di transistor che potrebbe nuovamente dare nuovo impulso all’eletrtonica. Già qualcuno sogna la ripresa della corsa a clock più veloci e ad un nuovo balzo dell’information technology, ma ricordiamoci che ci va del tempo dalla scoperta all’impiego commerciale.
L’enorme capacità di assorbire cariche elettriche al variare della tensione applicata osservata nel nuovo semiconduttore sembra essere causata da un nuovo fenomeno quantistico mai osservato prima o da una caratteristica sconosciuta dei materiali impiegati.
Come viene costruito un transistore? Una semplice spiegazione è la seguente: unendo parti differenti di materiali simili (sono tutti semiconduttori), ovvero parti in cui ci sono molti elettroni che riescono a liberarsi ed a vagare per il reticolo cristallino e parti in cui gli elettroni sembrano mancare e ci sono molti “buchi” da riempire da parte degli elettroni. Quando applico tensione a questi pezzi messi a contatto, si osserva la formazione di una zona di passaggio degli elettroni. Attraverso questo canale lungo il quale scorrono gli elettroni si trasforma il semiconduttore in un conduttore. Normalmente il substrato è sempre lo stesso silicio cristallino (ovvero vetro), ma viene differenziato impiantandoci degli atomi che rendono il silicio ricco o povero di elettroni (processo di drogaggio del substrato) o depositando strati differenti di materiali.
Gli attuali chip nella nostra elettronica di consumo sono realizzati con questo principio, solo più complicato dal fatto che viene ripetuto molte volte con sostanze diverse, per creare tutte le connessioni necessarie a realizzare i chip, che sono costituiti da miriadi di circuiti. Mediante le connessioni, l’applicazione di una tensione elettrica alla porta il passaggio di elettroni che fluiscono all’interno dei chip secondo gli schemi realizzati in costruzione.
La potenza consumata dal chip è data dalla corrente assorbita ed il calore prodotto nel chip è proporzionale al quadrato della tensione sulla porta. Abbassando la tensione si riduce drasticamente il calore generato all’interno del chip, strada che è stata seguita fino a questo momento. Questa scoperta sembrerebbe aprire nuove porte alla progettazione.
Il team di fisica del MIT guidato dal professor Raymond Ashoori ha studiato l’insolito sistema fisico costituito da alluminato di lantanio, fatto crescere su titanato di stronzio. L’alluminato di lantanio è costituito da strati alternati di ossido di lantanio, con debole carica positiva, e di ossido di alluminio, con debole carica negativa, in questo modo si crea una differenza di potenziale elettrico tra la faccia superiore e la faccia inferiore dei materiali impiegati.
Di solito, sia l’alluminato di lantanio sia il titanato di stronzio sono eccellenti isolanti, ma si è visto che se l’alluminato di lantanio diventa sufficientemente spesso, il suo potenziale elettrico sembrerebbe incrementare al punto che alcuni elettroni riescano a spostarsi da uno strato all’altro del materiale creando un canale di conduzione in corrispondenza della giunzione con il titanato di stronzio simile a quello che si forma nei transistor. I ricercatori hanno deciso di misurare la capacità tra il canale ed un elettrodo nella parte superiore dell’alluminato di lantanio, scoprendo con sorpresa che, sebbene i risultati fossero limitati dall’apparato sperimentale, un cambiamento infinitesimo nella tensione causava un massiccio trasferimento di carica nel canale tra i due materiali.
In pochi anni potremmo assistere ad un nuovo balzo della tecnica.
