Scienziati del MIT hanno scoperto come creare chip per computer più performanti

L’evoluzione tecnologica richiede ogni giorno dei chip più potenti e dal conto contenuto per sostenere le richieste del mercato high tech.  Questi chip sono tradizionalmente realizzati con materiali 3D di natura ingombrante, che rendono difficile l’impilamento a strati.

Una soluzione può provenire dalla realizzazione dei chip con materiali ultrasottili 2D, risolvendo così la sfida posta dal dover impilare diversi chip verticalmente. Questi materiali 2D vengono in genere creati altrove e poi trasferiti sul chip o sul wafer, una procedura imperfetta che rende questi transistor delicati e dalle prestazioni non costanti. Un team interdisciplinare di ricercatori del MIT ha rivelato lo sviluppo di una nuova tecnologia in grado di far crescere strati di questi materiali 2D direttamente sopra chip di silicio completamente fabbricati in un articolo pubblicato sulla rivista scientifica Nature Nanotechnology.

Il nuovo processo consente di far crescere strati uniformi e lisci su wafer da 8 pollici, (210 mm) , riducendo significativamente il tempo necessario. Questo nuovo metodo potrebbe essere fondamentale nelle applicazioni commerciali in cui sono tipici i wafer più grandi di 8 pollici.

Jiadi Zhu, studente di ingegneria elettrica e informatica e coautore dell’articolo, ha spiegato la tecnica in termini più semplici. “L’uso di materiali 2D è un modo efficace per aumentare la densità di un circuito integrato. Quello che stiamo facendo è come costruire un edificio a più piani. Se si ha un solo piano, non potrà contenere molte persone. Ma con più piani, l’edificio conterrà un numero maggiore di persone che potranno realizzare cose nuove e sorprendenti. Grazie all’integrazione eterogenea su cui stiamo lavorando, abbiamo il silicio come primo piano e poi possiamo avere molti piani di materiali 2D direttamente integrati sopra“,

Zhu e il suo team si sono concentrati sull’utilizzo del bisolfuro di molibdeno, un materiale 2D flessibile e trasparente che presenta potenti proprietà elettroniche e fotoniche, che lo rendono ottimale per i transistor a semiconduttore. Le pellicole sottili di bisolfuro di molibdeno vengono generalmente create attraverso un processo di deposizione di vapore chimico metallo-organico (MOCVD). Questa reazione comporta la decomposizione dei composti di molibdeno e zolfo a temperature superiori a 550 gradi Celsius. Ma i circuiti di silicio si degradano quando le temperature superano i 400 gradi Celsius.

Per combattere questo degrado, i ricercatori hanno progettato e costruito un nuovo forno per prevenire il processo di decomposizione. Il forno è composto da due camere: la parte anteriore, una regione a bassa temperatura dove viene posizionato il wafer di silicio, e la parte posteriore, una regione ad alta temperatura. I composti di molibdeno e zolfo vaporizzati vengono quindi pompati nel forno.

Mentre il molibdeno rimane e si decompone nella parte anteriore, dove le temperature sono inferiori a 400 gradi, il composto di zolfo fluisce nella parte posteriore, più calda, dove si decompone. Una volta decomposto, torna nella parte anteriore e reagisce chimicamente per far crescere il bisolfuro di molibdeno sulla superficie del wafer.

Zhu e il team intendono ora perfezionare la loro tecnica ed esplorare processi simili per far crescere questi strati su superfici di uso quotidiano come tessuti e carta. Questo aprirebbe una nuova frontiera nella creazione di chip inclusi nei vestiti o su superfici anche temporanee. Avremmo una nuova frontiera dell’high tech, con la possibilità di creare abiti o carta intelligente. Avremo applicazioni che ora facciamo perfino fatica a immaginare.