Transistor a nanocavi, la strada per il futuro


E’ dall’anno passato che i principali produttori di semiconduttori stanno lavorando alla produzione commerciale di transistor tridimensionali. Si tratta di un passo obbligato per il progresso tecnologico, dal momento che consente di accorpare più transistor in un singolo chip e di mantenere sotto controllo i consumi grazie al contenimento della corrente di leakage.

Guardando oltre, tuttavia, la necessità sarà quella di ridurre ulteriormente le dimensioni di questi transistor tridimensionali e a tal proposito l’impiego di nanocavi verticali per la progettazione di transistor sembra essere uno degli approcci più promettenti.

Il ricercatore Xiang Li dell’A*STAR institute of Microelectronics ed i suoi collaboratori hanno provato ad integrare due transistor a nanocavo di silicio verticale, spingendo ulteriormente avanti i limiti della densità areale del transistor. Per fare ciò i ricercatori hanno impiegato un gate cosiddetto “all-around”, costituito da un cilindretto verticale collocato attorno al nanocavo. Queste strutture consentono, secondo le spiegazioni dei ricercatori, di meglio controllare la corrente del transistor rispetto ai convenzionali gate planari.

Li e i suoi collaboratori hanno realizzato un transistor di tipo double gate, utilizzando un singolo nanocavo verticale al quale sono stati applicati due gate all-around separati da un sottile dielettrico per isolarli elettricamente. A differenza di altri schemi di transistor double-gate, la variazione della tensione in uno dei due gate non ha effetto sulla tensione dell’altro: in questo modo ciascuno dei gate può modulare la corrente del nanocavo in maniera indipendente.

Il gruppo di ricerca ha così potuto costruire un semplice dispositivo logico impiegando un solo nanocavo. Quando questo viene drogato con portatori di carica negativa, la corrente riesce a fluire quando la tensione di ambedue i gate è alta, al contrario la corrente cessa di fluire quando la tensione è bassa. Si tratta di un dispositivo che opera come un gate AND, ma ha impiegato solamente metà dell’area che un tradizionale dispositivo simile richiederebbe.

La struttura a gate impilati sembra inoltre preparare la strada per la realizzazione di un altro tipo di transistor, chiamato TFET – tunnel field effect transistor. Dal momento che il TFET si basa sul tunneling degli elettroni attraverso una barriera, è possibile attivarli in maniera rapida e con poca potenza. Li sostiene che la giunzione tunnel richiesta per un transistor TFET può essere formata tra due gate del nanocavo, consentendo così un’implementazione particolarmente compatta. Lo schema del transistor dual-gate potrebbe inoltre essere usato per altre tecnologie come la memoria non-volatile.