Oltre il silicio: i nuovi materiali ultrasottili per realizzare i microchips di prossima generazione – Meteo Giornale

Nuove ricerche presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) stanno rivoluzionando la tecnologia dei semiconduttori attraverso lo sviluppo di materiali più sottili ed efficienti, noti come dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD). Questi materiali, spessi solo pochi atomi, potrebbero portare alla realizzazione di chip per computer più compatti e potenti. Gli studi esaminano anche il ruolo dei difetti all’interno di questi materiali, che possono influenzare le loro proprietà elettriche e potenzialmente migliorarne la funzionalità.

 

I chip di silicio hanno dominato la scena per oltre cinquant’anni, con le caratteristiche più minute dei chip attuali che misurano circa 3 nanometri. Tuttavia, si sta raggiungendo il limite delle possibilità con i materiali e i processi standard. I ricercatori del PPPL stanno quindi esplorando nuovi processi e materiali per produrre chip con caratteristiche più piccole.

 

Shoaib Khalid, fisico ricercatore associato al PPPL, ha sottolineato l’investimento crescente nell’uso di materiali bidimensionali per la fabbricazione di chip. Nonostante la loro denominazione “2D”, questi materiali esistono effettivamente in tre dimensioni ma sono estremamente sottili, spesso composti da pochi strati di atomi.

 

I TMD sono considerati i semiconduttori della prossima generazione. Khalid, insieme a Bharat Medasani del PPPL e Anderson Janotti dell’Università del Delaware, ha studiato una possibile alternativa al silicio: un materiale 2D noto come TMD. Il loro recente articolo pubblicato sulla rivista 2D Materials analizza le variazioni nella struttura atomica dei TMD, le cause di queste variazioni e come influenzano il materiale. Queste informazioni sono essenziali per affinare i processi necessari alla creazione di chip di nuova generazione.

 

Un TMD può essere alto solo tre atomi, simile a un piccolo sandwich metallico, con il “pane” composto da un elemento calcogeno (ossigeno, zolfo, selenio o tellurio) e il “ripieno” da un metallo di transizione. Idealmente, gli atomi sono organizzati in un modello preciso e consistente, ma nella realtà possono presentarsi piccole variazioni, come la mancanza di un atomo o la presenza di un atomo in una posizione insolita. Questi difetti possono avere un impatto positivo sul materiale, aumentando ad esempio la sua conduttività elettrica.

 

I ricercatori hanno scoperto che alcuni difetti, in particolare quelli che coinvolgono l’idrogeno, forniscono elettroni in eccesso, creando materiale semiconduttore con carica negativa, noto come tipo n. I chip per computer sono realizzati utilizzando combinazioni di materiale semiconduttore di tipo n e materiale con carica positiva, o tipo p.

 

Un altro tipo di difetto esplorato è la vacanza di calcogeno, ovvero la mancanza di un atomo di ossigeno, zolfo, selenio o tellurio. I ricercatori hanno analizzato i risultati di esperimenti passati su fiocchi di TMD di disolfuro di molibdeno, che mostravano frequenze di luce inaspettate quando illuminati. Queste frequenze possono essere spiegate dal movimento degli elettroni legati alla vacanza di calcogeno.

 

Il lavoro è supportato dal DOE e dalla National Science Foundation (NSF), con calcoli effettuati al National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) e altri sistemi. Queste ricerche non solo avanzano la nostra comprensione dei TMD, ma stabiliscono anche una base per indagini future sui difetti dei calcogeni nei TMD, essenziali per lo sviluppo di tecnologie avanzate di semiconduttori.