Il primo microchip di molibdenite supera i limiti del silicio

Dopo aver rivelato i vantaggi della molibdenite nell’ elettronica, i ricercatori del Laboratorio di Elettronica e strutture su nanoscala (EPFL) hanno compiuto un altro passo avanti, ossia sono riusciti a realizzare il primo  circuito integrato in molibdenite, confermando che questo nuovo materiale può superare i limiti fisici del silicio in termini di miniaturizzazione, consumo di energia elettrica e la flessibilità meccanica.

“Abbiamo costruito un primo prototipo, mettendo 2-6 transistor seriali su un chip, dimostrando che le operazioni di base della logica binaria sono possibili. Questo dimostra che possiamo fare un chip più grande”, spiega il direttore Andras Kis, che ha recentemente pubblicato due articoli su questo argomento sulla rivista scientifica ACS Nano.

Nei primi mesi del 2011, il laboratorio ha presentato le potenzialità del bisolfuro di molibdeno (MoS2), un minerale relativamente abbondante in natura. La sua struttura e le sue proprietà semiconduttrici lo rendono un materiale ideale per l’impiego nei transistor. Potrà quindi competere direttamente con il silicio, il componente più altamente utilizzato in elettronica, e in molti casi anche con il suo più recente rivale, il grafene.

Tre atomi di spessore

“Il vantaggio principale dell’MoS2 è che ci permette di ridurre le dimensioni dei transistor, e quindi ulteriormente miniaturizzare”, spiega Kis. Non è stato possibile fino ad oggi realizzare strati di meno di due nanometri di spessore col silicio, a causa del rischio di avviare una reazione chimica che ossida la superficie e compromette le sue proprietà elettroniche. La molibdenite, d’altra parte, può essere lavorata reaizzandoa strati si soli tre atomi di spessore, rendendo possibile la costruzione di chip che sono almeno tre volte più piccoli. A questa scala, il materiale è ancora molto stabile e la conduzione è facile da controllare.

Ed i transistor in MoS2 sono anche più efficienti. “Possono essere attivati ​​e disattivati ​​molto più rapidamente, e possono essere messi in molibdenite in modo più completo”, spiega Kis.

La molibdenite è alla pari con il silicio in termini di capacità di amplificare i segnali elettronici, con un segnale di uscita che è quattro volte più forte del segnale in ingresso. Questo dimostra che c’è “un notevole potenziale per la creazione di circuiti integrati più complessi”, dice Kis. “Con il grafene, per esempio, questa ampiezza è di circa 1. Sotto di questa soglia, la tensione di uscita non sarebbe sufficiente per alimentare un transistor che si trova a valle del circuito.”

Ma la molibdenite ha anche proprietà meccaniche che lo rendono interessante come materiale da essere utilizzato nell’elettronica flessibile, come ad esempio nella progettazione di chip flessibili da inserire in fogli o materiale sottile. Si potrebbero usare simili chip per fabbricare computer “arrotolabili” o dispositivi che potrebbero essere inseriti nei tessuti.

La strada della ricerca è comunque ancora lunga, anche se nel campo dell’elettronica un ciclo tecnologico nuovo può arrivare in soli 2-5 anni.