Semiconduttori organici per un processore flessibile

In occasione dell'International Solid State Circuits Conference in corso di San Francisco, un gruppo di ricercatori Europei dell'IMEC di Leuven ha presentato un progetto di un microprocessore realizzato con semiconduttori organici. Secondo le informazioni disponibili si tratta di un circuito a 8-bit e costituito da 4000 transistor, la cui potenza computazionale è pari a quella dei primi processori in silicio. Sono caratteristiche che possono far sorridere ma che hanno come contraltare un interessante particolarità: il processore realizzato dai ricercatori dell'IMEC è flessibile.

Per realizzare questo particolare chip i ricercatori hanno dovuto escogitare un metodo per controllare opportunamente il semiconduttore organico impiegato. A differenza del silicio, la cui struttura monocristallina permette la realizzazione di switch affidabili, i semiconduttori organici hanno un comportamento poco prevedibile. Laddove i gate dei transistor in silicio sono caratterizzati da una ben definita tensione di soglia, al di sopra della quale avviene il passaggio di corrente, i gate dei transistor realizzati con semiconduttori organici (dove un polimero prende il posto del silicio) possono avere una soglia di switching differente gli uni dagli altri.

Attualmente i semiconduttori organici sono già impiegati in alcune applicazioni dove l'eventuale malfunzionamento di pochi transistor non va a compromettere il risultato finale. Ciò cambia nel caso dei circuiti logici, poiché il funzionamento non corretto anche di un solo transistor va a compromettere l'intero risultato. Per ovviare all'inconveniente i ricercatori hanno realizzato un gate aggiuntivo per ciascun transistor che consente, secondo le spiegazioni fornite dal team dell'IMEC, di controllare meglio il campo elettrico ed evitare così switching accidentali.

Il chip è stato costruito partendo da un substrato plastico di polietilene naftalato, caratterizzato da una elevata flessibilità. Sulla superficie del substrato plastico è stato collocato uno strato d'oro dallo spessore di 25 nanometri opportunamente modellato per la realizzazione della circuiteria. Al di sopra di esso si trova uno strato di dielettrico organico, sormontato da un secondo strato d'oro modellato ed infine il semiconduttore organico di pentacene. Il processore così realizzato è stato testato con l'esecuzione di un semplice programma che cambia i valori in input con quelli stoccati in memoria. Il processore è in grado di eseguire circa sei istruzioni al secondo.

Il prossimo passo è ovviamente cercare di portare questo particolare chip verso la produzione commerciale, che si discosta sensibilmente dalla produzione controllata in laboratorio. Secondo i ricercatori si tratterebbe tuttavia di un percorso non particolarmete difficile anche se verosimilmente, pur con gli affinamenti delle tecniche di produzione, non sarà possibile realizzare circuiti logici organici con lo stesso numero di transistor che è possibile trovare negli odierni chip di silicio.

I processori realizzati con semiconduttori organici potrebbero però rappresentare interessanti soluzioni complementari ai chip in silicio e venire impiegati come elementi di controllo per periferiche o come sensori di monitoraggio in particolari applicazioni. Data la flessibilità del substrato sul quale vengono realizzati è possibile, ad esempio, avvolgere con questi particolari dispositivi le condutture dell'acqua per realizzare sensori in grado di monitorare la pressione in un sistema idrico.

Sempre in merito alla realizzazione di dispositivi elettronici su substrati flessibili segnaliamo il progetto collaborativo del NEDO, dell'Università di Nagoya dell'Università Aalto, del quale abbiamo avuto modo di parlare qualche settimana fa in questa notizia.