Cina, un transistor senza silicio che sfida le soluzioni di Intel e TSMC

Un gruppo di ricercatori dell'Università di Pechino (Peking University) sostiene di aver messo a punto un transistor 2D capace di funzionare il 40% più velocemente rispetto alle soluzioni in silicio a 3 nanometri di Intel e TSMC, consumando al contempo il 10% di energia in meno. I ricercatori, guidati dal professor Peng Hailin, hanno dichiarato che "si tratta del transistor più veloce ed efficiente di sempre".

Secondo Peng e il suo team, il transistor a base di bismuto supera i più avanzati dispositivi comparabili di Intel, TSMC, Samsung e del centro interuniversitario belga di microelettronica (Imec) alle stesse condizioni operative.

Secondo gli studiosi cinesi, le sanzioni occidentali impongono di aguzzare l'ingegno e pensare a nuove soluzioni che non solo consentano di aggirarle, ma anche di oltrepassare i limiti che il silicio impone a quei livelli di miniaturizzazione.

"Se le innovazioni dei chip basate sui materiali esistenti sono considerate una 'scorciatoia', allora il nostro sviluppo di transistor basati su materiali 2D è simile a un 'cambio di corsia'", ha detto Peng (via South China Morning Post).

Nello studio pubblicato su Nature, i ricercatori illustrano le qualità di un transistor GAAFET 2D, ovvero basato su materiali bidimensionali, cioè caratterizzati da una struttura in cui le molecole sono collocate in maniera tale da formare un reticolo dello spessore di un singolo atomo.

I transistor GAAFET sono si differenziano principalmente dai FinFET usati oggigiorno in elettronica per la geometria del gate, che circonda completamente il canale. Questo design garantisce un controllo elettrostatico molto più uniforme e preciso, riducendo in modo marcato gli effetti indesiderati come la dispersione; in poche parole, i GAAFET consentono una scalabilità migliore, unitamente a prestazioni maggiori e minori consumi.

I ricercatori hanno sviluppato una tecnica per integrare su un intero wafer (un disco di materiale semiconduttore usato per produrre chip) una struttura GAA a strati multipli. Hanno usato un processo a bassa temperatura che permette di impilare i vari strati in una configurazione tridimensionale compatta.

Per creare il transistor, è stato usato un materiale bidimensionale chiamato Bi2O2Se (il bismuto), noto per consentire un rapido movimento degli elettroni, integrandolo con un materiale isolante chiamato Bi2SeO5, ottenuto in modo da creare un'interfaccia estremamente liscia.

Questi accorgimenti hanno portato a transistor che operano con una tensione molto bassa (0.5 V), che trasportano una corrente elevata quando accesi e che rispondono molto velocemente (con ritardi dell'ordine di pochi picosecondi). Inoltre, il loro consumo energetico è estremamente basso.

Come sempre, è bene ricordare che le ricerche - anche quelle più promettenti - potrebbero necessitare di tempo, anche molti anni, per arrivare a uno stadio di maturità tale per dare forma a chip prodotti in volumi.

Seppur gli avanzamenti tecnologici cinesi siano all'ordine del giorno, il gap con l'Occidente rimane ancora piuttosto ampio: Intel già da quest'anno, e TSMC a stretto giro, si preparano a produrre in volumi semiconduttori basati su transistor GAAFET in silicio, oltre ad avere piani ben avviati per ciò che verrà successivamente.