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Fosforo nero, un nuovo candidato per scalzare il silicio

I ricercatori dell'Institute for Basic Science Center for Integrated Nanostructure Physics della Sungkyunkwan University (SKKU) in Corea del Sud hanno scoperto che il fosforo nero pu agire da semiconduttore di
tipo n, di tipo p o ambipolare semplicemente variando il suo spessore e, di conseguenza, la sua banda proibita, o usando metalli differenti come contatti. I ricercatori coreani sono stati in grado di realizzare con questo materiale un transistor capace di operare a tensioni inferiori rispetto a un normale transistor di silicio. Il fosforo nero un nuovo protagonista del panorama dei materiali bidimensionali venuto alla ribalta lo scorso anno quando i ricercatori sono stati capaci di esfoliare pellicole di 10-20 strati atomici. I ricercatori coreani hanno testato il materiale per verificare la possibilit di competere con il silicio nelle applicazioni di logica digitale. Il gruppo ha scoperto che la semplice regolazione dello spessore materiale consente di mutare la banda proibita, offrendo quindi grandi possibilit nella "battaglia" contro il silicio. Nei test stato scoperto che un frammento di fosforo nero di 13 nanometri di spessore, abbinato a contatti di alluminio, mostra propriet ambipolari. Fiocchi di 3 nanometri di spessore si comportano invece come semiconduttore di tipo-n con un rapporto di switching superiore a 105. Pi sottile il materiale, migliori sono le prestazioni di switching. In altri termini possibile impiegare fosforo nero in purezza per realizzare un transistor, a differenza di quanto accade con il silicio che deve essere abbinato ad altri elementi per poter operare come semiconduttore di tipo p o di tipo n, semplificando quindi le operazioni di produzione. "La forza del fosforo nero la mobilit delle cariche. Tutto ruota attorno a questo. Il fatto che la banda proibita cambia con lo spessore ci offre grande flessibilit nella progettazione di circuiti. Come ricercatore mi mette a disposizione molte cose con cui giocare" ha affermato David J. Perello, ricercatore che ha lavorato al progetto e autore dell'articolo pubblicato su Nature Communications. La mobilit delle cariche non altro che la velocit con cui la carica (in questo caso gli elettroni) si muove in un materiale. Sebbene la mobilit di carica nel silicio pu competere con quella riscontrata nei dispositivi sperimentali in fosforo nero realizzati fino ad oggi, quest'ultimo ha una mobilit di carica che pu potenzialmente superare considerevolmente quella del silicio. Tuttavia la strada che il fosforo nero si trova davanti ancora lunga: "Non penso possa competere con il silicio al momento, questo il sogno di chiunque. Il silicio economico e abbondante e il miglior transistor in silicio che possiamo costruire potrebbe avere una mobilit di carica simile a quelle che sono state ottenute in questi dispositivi di fosforo nero. Ma la semplicit di realizzare un eccellente transistor in fosforo nero senza dover accedere a tecniche e tecnologie di produzione avanzata significa avere spazio per poterlo realizzare con caratteristiche ancor migliori" ha spiegato Perello. In ogni caso, nonostante le ottime premesse e promesse, l'ostacolo pi ingombrante sul cammino del fosforo nero verso la produzione commerciale l'estrema difficolt di poterlo ottenere in volumi apprezzabili. La ricerca sta ora valutando la possibilit di impiegare tecniche di deposizione chimica da vapori per poter avviare una produzione del materiale in quantit adeguate.

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