Samsung realizza una nuova struttura di transistor in grafene

Samsung Advanced Institute of Technology, la forza motrice delle attività di ricerca e sviluppo della coreana Samsung Electronics, ha sviluppato una nuova struttura di transistor impiegando il grafene. La ricerca, che è stata dettagliata in una pubblicazione su Science, rappresenta un passo avanti in direzione del superamento dei limiti fisici posti dal silicio, il materiale attualmente utilizzato per la realizzazione dei transistor.

L'industria della tecnologia ha fino ad ora aderito ad un unico approccio per incrementare le prestazioni dei processori in silicio: inseguire la miniaturizzazione dei transistor in maniera tale da ridurre il percorso lungo il quale si spostano gli elettroni. Questo approccio ha potuto funzionare a lungo, ma i ricercatori sono ora convinti che il silicio stia iniziando ad avvicinarsi ai suoi limiti fisici ed è pertanto necessario individuare strade alternative che consentano di progredire nella ricerca delle prestazioni.

L'alternativa principale è quella di impiegare materiali che abbiano una mobilità elettronica superiore a quella del silicio, ed in questo il grafene rappresenta un candidato molto promettente dal momento che la sua mobilità elettronica è circa 200 volte superiore a quella del silicio. Il principale inconveniente del grafene è che, a differenza dei convenzionali materiali semiconduttori, non è possibile impedire completamente il passaggio di corrente: si tratta di un requisito fondamentale per la realizzazione dei transistor dal momento che la rappresentazione logica dei valori binari 1 e 0 è legata agli stati di "acceso" e "spento" del transistor stesso, ovvero al passaggio o meno di corrente. I precedenti tentativi di modificare il grafene per renderlo semiconduttore hanno avuto delle influenze sulla sua mobilità elettronica, riducendola sensibilmente e vanificandone così il suo impiego.

I ricercatori Samsung sono stati in grado di sviluppare un dispositivo che può impedire il flusso di corrente nel grafene evitando, però di degradarne la mobilità elettronica, grazie all'impiego di un'interfaccia tra il grafene e il silicio idrogenato. In questo modo è stato possibile ottenere un rapporto on/off di 10^5 regolando la tensione del gate per controllare la barriera Schottky del grafene-silicio, che permette o impedisce il passaggio di corrente. Il nuovo dispositivo è denominato Barristor, proprio per via del principio di funzionamento basato sulla barriera controllabile.

Il SAIT ha già fabbricato barristor in grafene e altri elementi di circuiteria logica su un wafer da 150 millimetri di diametro. L'istituto ha la proprietà di nove brevetti correlati alla struttura e al metodo di operazione del barristor in grafene.