Dall'impiego di un materiale innovativo è nato un nuovo tipo di transistor che può essere sottile quanto uno o due strati atomici: ciò lo rende un dispositivo bidimensionale indispensabile Grazie all'estrema sottigliezza, si verifica minore dissipazione di calore e per il funzionamento occorre una quantità di carica inferiore rispetto a qualsiasi semiconduttore standard
Tutto sugli allotropi
Tutti sanno che sia i diamanti che la grafite con cui vengono realizzate le comuni matite sono entrambi composti del carbonio. La differenza tra questi due esempi risiede nel modo in cui gli atomi di carbonio si legano tra loro. Queste organizzazioni molecolari contrastanti vengono chiamate allotropi.
Il mondo sta rapidamente acquisendo famigliarità con il grafene, un allotropo di carbonio che può esistere in strati il cui spessore è costituito da un solo atomo e che di conseguenza viene chiamato materiale bidimensionale (2-D). Il grafene è rinomato per essere il materiale più resistente che la scienza conosca e anche per l'incredibile capacità nella conduzione elettrica.
Il fosfato di arsenico nero o fosforene è un altro materiale che può essere strutturato in fogli dello spessore di un unico stato atomico. La differenza in questo caso è che drogandolo con l'arsenico può assumere la stessa funzione di un semiconduttore.
Il drogaggio ha l'effetto di alterare la banda proibita, ovvero l'energia che serve agli elettroni per saltare dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Quando gli elettroni fanno questo spostamento, il materiale passa dallo stato isolante a quello conduttore di elettricità.
Questa è l'essenza di un semiconduttore. La banda proibita può essere regolata variando la concentrazione di arsenico nel materiale. Una nuova tecnica per la creazione di questo materiale è stata sviluppata da Marianne Koepf alla Technical University di Monaco e all'Università di Regensburg. Questa tecnica consente la realizzazione del fosforene senza la necessità dell'elevata pressione atmosferica, requisito costoso e difficoltoso. Il Professor Zhou e il Dottor Liu, insegnati del dipartimento di ingegneria elettrica della University of Southern California, hanno compiuto il passo successivo, ovvero realizzare un vero transistor a effetto di campo impiegando il nuovo materiale.
Il fosforene ha anche la proprietà di essere meccanicamente flessibile, una proprietà particolarmente desiderata nei semiconduttori per la nuova generazione di dispositivi indossabili in via di sviluppo. In base alla variazione della banda proibita, il fosforene sarà molto utile anche nello sviluppo di sensori elettronici.
Limiti e barriere
Anche se è stato provato che il grafene è molto delicato nella sua forma più sottile, quando viene realizzata una versione più robusta composta da alcuni strati atomici, la carica elettrica può essere ideata in modo da attraversare un solo stato atomico. In tal caso, sacrificando solo una piccola quantità di spazio, non è necessaria ulteriore corrente perché, dal punto di vista elettrico, lo spessore è comunque quello di un unico strato atomico.
Questo innovativo semiconduttore è ancora solo un dispositivo da laboratorio e sarà necessario superare una miriade di difficoltà inerenti la produzione prima che sia possibile produrre un dispositivo commerciale. Tuttavia, sembra che almeno una barriera sia stata superata: è stato infatti considerato il limite fino al quale è possibile ridurre il transistor, poiché nulla può essere più sottile di un unico strato di atomi.