Fosforo nero, un nuovo candidato per scalzare il silicio

Fosforo nero, un nuovo candidato per scalzare il silicio

Il fosforo nero può comportarsi da semiconduttore di tipo p, tipo n o ambipolare semplicemente variandone lo spessore, rendendolo un possibile sostituto del silicio nella produzione di transistor

di Andrea Bai pubblicata il , alle 15:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

I ricercatori dell'Institute for Basic Science Center for Integrated Nanostructure Physics della Sungkyunkwan University (SKKU) in Corea del Sud hanno scoperto che il fosforo nero può agire da semiconduttore di tipo n, di tipo p o ambipolare semplicemente variando il suo spessore e, di conseguenza, la sua banda proibita, o usando metalli differenti come contatti.

I ricercatori coreani sono stati in grado di realizzare con questo materiale un transistor capace di operare a tensioni inferiori rispetto a un normale transistor di silicio. Il fosforo nero è un nuovo protagonista del panorama dei materiali bidimensionali venuto alla ribalta lo scorso anno quando i ricercatori sono stati capaci di esfoliare pellicole di 10-20 strati atomici. I ricercatori coreani hanno testato il materiale per verificare la possibilità di competere con il silicio nelle applicazioni di logica digitale. Il gruppo ha scoperto che la semplice regolazione dello spessore materiale consente di mutare la banda proibita, offrendo quindi grandi possibilità nella "battaglia" contro il silicio.

Nei test è stato scoperto che un frammento di fosforo nero di 13 nanometri di spessore, abbinato a contatti di alluminio, mostra proprietà ambipolari. Fiocchi di 3 nanometri di spessore si comportano invece come semiconduttore di tipo-n con un rapporto di switching superiore a 105. Più è sottile il materiale, migliori sono le prestazioni di switching. In altri termini è possibile impiegare fosforo nero in purezza per realizzare un transistor, a differenza di quanto accade con il silicio che deve essere abbinato ad altri elementi per poter operare come semiconduttore di tipo p o di tipo n, semplificando quindi le operazioni di produzione.

"La forza del fosforo nero è la mobilità delle cariche. Tutto ruota attorno a questo. Il fatto che la banda proibita cambia con lo spessore ci offre grande flessibilità nella progettazione di circuiti. Come ricercatore mi mette a disposizione molte cose con cui giocare" ha affermato David J. Perello, ricercatore che ha lavorato al progetto e autore dell'articolo pubblicato su Nature Communications. La mobilità delle cariche non è altro che la velocità con cui la carica (in questo caso gli elettroni) si muove in un materiale. Sebbene la mobilità di carica nel silicio può competere con quella riscontrata nei dispositivi sperimentali in fosforo nero realizzati fino ad oggi, quest'ultimo ha una mobilità di carica che può potenzialmente superare considerevolmente quella del silicio.

Tuttavia la strada che il fosforo nero si trova davanti è ancora lunga: "Non penso possa competere con il silicio al momento, questo è il sogno di chiunque. Il silicio è economico e abbondante e il miglior transistor in silicio che possiamo costruire potrebbe avere una mobilità di carica simile a quelle che sono state ottenute in questi dispositivi di fosforo nero. Ma la semplicità di realizzare un eccellente transistor in fosforo nero senza dover accedere a tecniche e tecnologie di produzione avanzata significa avere spazio per poterlo realizzare con caratteristiche ancor migliori" ha spiegato Perello.

In ogni caso, nonostante le ottime premesse e promesse, l'ostacolo più ingombrante sul cammino del fosforo nero verso la produzione commerciale è l'estrema difficoltà di poterlo ottenere in volumi apprezzabili. La ricerca sta ora valutando la possibilità di impiegare tecniche di deposizione chimica da vapori per poter avviare una produzione del materiale in quantità adeguate.

3 Commenti
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LMCH18 Agosto 2015, 20:26 #1
Il fosforo fonde a circa 45 gradi celsius, in forma pura e' velenoso (dose letale 50mg) e l'avvelenamento cronico (esposizione periodica a bassi dosaggi) provoca necrosi ossea.
Non esiste proprio che possa competere con il silicio.
marchigiano18 Agosto 2015, 20:49 #2
o non si scalda, o avranno pensato come aumentare il punto di fusione
djfix1318 Agosto 2015, 23:48 #3
Il fosforo nero si ottiene scaldando a lungo quello bianco a 200-400 °C e sotto alte pressioni. La sua struttura consiste in un impacchettamento di piani molecolari corrugati in cui ogni atomo è tricoordinato. Il fosforo nero ha un aspetto metallico, conduce l’elettricità ed ha sfaldatura tipo grafite: è la forma allotropica meno reattiva delle tre specie

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