Nuovi transistor 3-D promettono laptops più veloci per il 2012

Pubblicato: 15 dicembre 2011 da ive in News & Articoli, Ricerca
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Traduzione a cura di Daniel Iversen

I nuovi transistor 3D , tri-gate

I nuovi transistor 3D , tri-gate

I ricercatori delle Università di Purdue e di Harvard hanno creato un nuovo tipo di transistor con circuiti in indio-gallio-arseniuro, materiale che potrebbe sostituire il silicio. Questi transistor hanno una struttura a 3 dimensioni invece di quella piatta, comunemente usata.

Questo approccio permetterebbe agli ingegneri di costruire circuiti più veloci, più compatti, integrati in maniera più efficiente e dei laptop piu sottili che genererebbero meno calore rispetto a quelli di adesso.

Visto che questo sistema è compatibile con i processi manifatturieri convenzionali, è probabile che venga adottata per un utilizzo industriale, ci spiega Peide “Peter” Ye, professore di ingegneria computeristica ed elettronica a Purdue.

Nuova generazione di chip verticali da 22 nanometri nel 2012

Una nuova generazione di chips al silicio, in accordo con il loro debutto nel 2012, conterranno transistor con una struttura verticale invece del design piatto convenzionale. Tuttavia, avendo il silicone una limitata “mobilità elettronica” (la velocità degli elettroni), saranno presto necessari altri materiali per continuare con l’avanzamento dei transistor 3D, ci spiega Ye.

Quello in Indio-Gallio-Arseniuro è uno dei conduttori piu promettenti in fase di studio a sostituire il silicio.
Questi semiconduttori sono detti materiali III-V visto che combinano elementi del terzo e del quinto gruppo della tavola periodica.

“Le industrie e il mondo accademico stanno facendo una corsa per sviluppare transistor con materiali III-V” dice Ye.
“Qui abbiamo creato il primo transistor in 3D su un materiale che ha una mobilità molto maggiore del silicone, l’ indio-gallio-arseniuro”.
Le nuove scoperte hanno confermato che il dispositivo costruito con un materiale III-V conduce  gli elettroni a una velocità potenziale cinque volte maggiore al silicio.

I transistor contengono dei componenti fondamentali chiamati “gates” (degli interruttori), che permettono al dispositivo di cambiare da acceso a spento e di direzionare la corrente elettrica. Nei chip di oggi, la lunghezza di questi “gates” è di circa 45 nanometri (nm = un miliardesimo di metro). Tuttavia, nel 2012 l’industria introdurrà transistors 3D a base di silicio che avranno i gates della lunghezza di 22 nanometri.

“Se si acquisterà un computer l’anno prossimo, questo avrà un transistor 3D di silicio con gates di 22 nanometri” dice Ye.

Il design in 3D è fondamentale, questo perchè i gates di 22 nanometri non funzionano con un design piatto.

“Una volta che si riduce la lunghezza dei gates sul silicio fino a 22 nanometri , si ha a che fare con un design di struttura molto piu complicato” ci spiega Ye. “Il gate ideale ha una struttura simile a un collo, con i gates posizionati tutt’intorno, in modo che circondino il transistor su ogni lato”.
I nanowires  sono rivestiti con un materiale “dielettrico”, che agisce come un gate

Gates di 14 nanometri nel 2015

Gli ingegneri stanno lavorando su gates ancora piu corti, della lunghezza di 14 nanometri, per il 2015. Tuttavia usando il silicio non sono possibili ulteriori riduzioni e miglioramenti di prestazioni, il che significa che saranno necessari nuovi design e nuovi materiali per avanzare, spiega Ye.
“Nanowires fatti di leghe in III-V ci porteranno ai 10 nanometri” afferma.

La creazione di transistor piu piccoli richiederà anche trovare un nuovo tipo di strato isolante, essenziale  per lo spegnimento del dispositivo.
Quando la lunghezza di un gate si riduce andando oltre i 14 nanometri, l’isolante usato nel transistor comuni, il biossido di silicio, non riesce a svolgere correttamente il suo lavoro e si dice che “perde” la carica elettrica

Una possibile soluzione per ovviare al problema è di sostituire il biossido di silicio con materiali che hanno un maggiore valore isolante o “costante elettrico” come il biossido di afnio o l’ossido di alluminio.

In questo nuovo passaggio, i ricercatori applicano uno strato dielettrico fatto di ossido di alluminio usando un metodo chiamato “deposizione per strati atomici”. Visto che questo metodo è comunemente usato anche nell’industria, il nuovo design rappresenterà la soluzione pratica per ovviare ai limiti dei transistor al silicio convenzionali.

Usando una deposizione di strati a livello atomico si permette agli ingegneri di progettare transitor con strati di ossido e metalli ancora piu sottili sui “gates”, consumando minor energia dei dispositivi in silicio.

“Avere uno strato di-elettrico piu sottile significa un aumento di velocità e una diminuzione di voltaggio richiesto” spiega Ye.

L’ultima ricerca è simile, ma anche fondamentalmente diversa, da quella del gruppo di Ye uscita nel 2009.
Questo lavoro ha coinvolto un design chiamato finFET, per transitor con un effetto detto “fin-field”, che usa una struttura simile a pinna invece del design piatto convenzionale. Il nuovo progetto usa nano-wires invece del design a “pinna”

I risultati saranno presentati in un documento durante il meeting dei dispositivi elettronici , il 5-7 dicembre a Waschington , D.C.

Ref. J. J. Gu et al., First Experimental Demonstration of Gate-all-around III-V MOSFETs by Top-down Approach

Fonte: kurzweilai.net

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