Il silicio non durerà ancora a lungo. Ma come si farà in futuro a creare altri semiconduttori, essenziali per i nostri elettrodomestici? Semplice: passeremo al grafene. E già c’è una ricerca che sta rendendo possibile questa opzione.
Di recente un gruppo di ricercatori del Georgia Institute of Technology ha realizzato una scoperta davvero epocale nel campo dell’elettronica: hanno creato il primo semiconduttore funzionale al mondo basato sul grafene.
Dal Georgia Tech arriva il semiconduttore in grafene
Guidato da Walter de Heer, Professore di Fisica presso il Georgia Tech, il team ha voluto individuare un semiconduttore di grafene che fosse compatibile con i metodi convenzionali di elaborazione microelettronica, una condizione essenziale per trovare una valida alternativa al silicio.
Il contesto di questa scoperta è fornito dal fatto che il silicio, utilizzato ampiamente nella produzione di dispositivi elettronici, sta raggiungendo i limiti delle sue prestazioni, e ciò potrebbe rendere sempre più difficile la realizzazione di computer sempre più veloci e dispositivi più compatti.
Il grafene, costituito da un singolo foglio di atomi di carbonio con legami noti come i più forti, offre un’alternativa significativa al silicio, ancora oggi il materiale predominante nella costruzione di dispositivi elettronici moderni.
La ricerca, pubblicata su Nature, ha superato infatti un ostacolo cruciale nella progettazione di semiconduttori a base di grafene noto come “band gap“. Questa proprietà elettronica fondamentale consente ai semiconduttori di attivarsi e disattivarsi, una caratteristica essenziale per il funzionamento di transistor e altri componenti elettronici. Ma il grafene non ha questo band gap. Allora come fare?
Un cambio di paradigma nell’elettronica
Nella sua forma naturale, il grafene non è né un semiconduttore né un metallo, ma un semimetallo. Per realizzare un transistor funzionante in grafene, il materiale semiconduttore deve essere fortemente manipolato, il che può danneggiarne le proprietà.
Per dimostrare che la loro piattaforma poteva funzionare come un semiconduttore utilizzabile, il team doveva misurarne le proprietà elettroniche senza danneggiarlo. Mettono allora degli atomi sul grafene che “donano” elettroni al sistema: una tecnica chiamata doping, utilizzata per vedere se il materiale era un buon conduttore.
Come riporta TechXplore, il successo di questa ricerca del Georgia Tech ha portato alla creazione di un semiconduttore di grafene estremamente robusto con una mobilità 10 volte superiore rispetto al silicio e proprietà uniche non presenti in quest’ultimo.
Il semiconduttore di grafene ottenuto dal team rappresenta attualmente l’unica piattaforma bidimensionale con tutte le proprietà necessarie per l’utilizzo nella nanoelettronica. Le proprietà elettriche del semiconduttore di grafene superano notevolmente qualsiasi altro semiconduttore bidimensionale attualmente in fase di sviluppo.
Questa innovazione potrebbe segnare un cambiamento di paradigma nell’elettronica, consentendo lo sviluppo di nuove tecnologie che sfruttano le proprietà ondulatorie quantomeccaniche degli elettroni, essenziali per l’informatica quantistica.
Se volete saperne di più sulla ricerca, vi consigliamo di approfondirla leggendo il paper integrale pubblicato su Nature:
- Walt de Heer e al, Ultrahigh-mobility semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-06811-0.
