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Samsung presenta un nuovo transistore a grafene per circuiti logici: il Barristor

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Samsung_Barristor_graphene

Samsung ha appena presentato il Barristor, un nuovo switch elettronico elementare (un transistore, dal punto di vista dell'elettronica digitale) basato su una struttura a grafene. Si tratta di un possibile sostituto futuro del silicio, attualmente in uso ma prossimo ai suoi limiti tecnologici.

Affidata alla prestigiosa rivista Science, nella versione online, la pubblicazione di un recente articolo che riprende, per vie ufficiali, quanto da pochissimo prodotto dai laboratori di ricerca e sviluppo Samsung Advanced Institute of Technology: un nuovo transistore che utilizza il grafene come struttura di base.

Un materiale considerato miracoloso nell'ambito dell'elettronica digitale e che potrebbe incrementare le possibilità di uso e sviluppo dei transistor del futuro, venendo di fatto a rimpiazzare l'ormai anziano silicio giunto ai limiti delle sue possibilità implementative.

Come è risaputo, i dispositivi a semiconduttore consistono di miliardi di transistor in silicio. Per incrementare le prestazioni dei semiconduttori (la velocità dei dispositivi) o, in altri termini, ridurre le latenze temporali, esistono due opzioni: ridurre la dimensione di ogni singolo transistor in modo da diminuire la distanza che un elettrone deve compiere, oppure usare materiali con una più elevata mobilità per gli elettroni.

Negli ultimi quarant'anni, l'industria del settore si è concentrata sul primo aspetto, ma siamo ormai giunti al limite di questo "scaling down". Al di sotto dei 10 nanometri il silicio giunge ai suoi limiti ed è giunto il momento di guardare oltre.

Poichè il grafene possiede una mobilità degli elettroni 200 volte circa più elevata di quella offerta dal silicio, tale materiale è stato considerato come un possibile sostituto. Sebbene vi sia un problema a contorno: un transistore a grafene non può essere completamente "spento" in quanto è un semi-metallo.

In prima approssimazione, sono stati condotti diversi esperimenti per convertire il grafene in un semiconduttore, ma questo decrementa drasticamente il fattore di mobilità degli elettroni e comporta costi di implementazione di tale processo produttivo applicato ai waver delle CPU sensibilmente maggiori.

Samsung_Barristor_graphene_structure

Qui interviene di recente Samsung con la sua scoperta: si tratta dello sviluppo di un dispositivo che è in grado di assicurare lo stato di switch off interrompendo di fatto il flusso di corrente in un transistor al grafene senza degradarne la mobilità.

La rivoluzione tecnologia innescata da Samsung risiede nella rivisitazione dei concetti associati alla fisica dei dispositivi a semiconduttore: le barriere di potenziale. L'Azienda è infatti riuscita a realizzare un transistore al grafene-silicio in grado di variare l'altezza della barriera di Schottky. Il nome con cui è stato battezzato questo dispositivo, Barristor, (barristore, volendolo italianizzare) proviene proprio da questa sua peculiarità.

Samsung è andata ben oltre il singolo transistore di tipo Barristor, riuscendo già a realizzare porte logiche elementari (inverter) e interi circuiti logici (un half hadder binario, ovvero un dispositivo in grado di eseguire la somma tra due numeri binari su un bit restituendo risultato e valore del riporto della somma). E' stato quindi possibile mostrare l'innovativo transistore in uso, mentre effettuava operazioni di somma.

E' bene infine ricordare che Samsung detiene attualmente ben nove brevetti relativi alla struttura e ai metodi operativi dei Barristor al grafene.

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