Verso circuiti integrati alti un atomo

I circuiti integrati del futuro saranno di grafene e alti appena lo spessore di un atomo. Quella che un tempo sembrava pura fantascienza e sta pian piano diventando realtà, complici oggi anche i ricercatori della Cornell University di New York. Gli scienziati hanno ideato e sperimentato un nuovo metodo per ottenere un controllo preciso delle proprietà elettriche dei sottili film di grafene, risolvendo uno dei problemi della realizzazione dei componenti elettronici di nuova generazione: la gestione e la fabbricazione delle cosiddette eterogiunzioni laterali, ovvero le giunzioni tra i bordi dei sottili strati di questo e degli altri materiali che formano il circuito. Lo studio che ne parla è stato pubblicato su Nature.

La produzione su larga scala di film di grafene alti un atomo è già possibile, tanto quanto la creazione degli altri fogli bidimensionali necessari, come ad esempio quelli di nitruro di boroesagonale, usato come isolante elettrico. Tuttavia, la corretta giunzione laterale tra questi strati sottilissimi di materiali diversi, che permetterebbe di tenere sotto controllo le loro differenze elettriche e magnetiche in modo da poterli sfruttare per la costruzione di circuiti di spessore atomico, non era ancora mai stata ottenuta.

Per la creazione di componenti elettronici di nuova generazione, infatti, non serve solo saper costruire uno strato di grafene perfettamente omogeneo e saperlo ‘sporcare’ – o dopare come si dice in gergo – nei punti giusti per renderlo più funzionale, ma bisogna saperne controllare anche i bordi: il perimetro del foglio isolante deve continuare ad essere isolante, mentre le giunzioni tra film puri e dopati di grafene devono permettere di mantenere le condizioni di bassa resistenza e grande conduttività che hanno reso questo materiale così famoso.

Per ottenere queste giunzioni laterali gli scienziati hanno ideato un nuovo metodo per produrre i fogli atomici: si chiama “ricrescita a pattern” (pattern regrowth) ed è basato su un complicato schema di creazione ed eliminazione di pezzi di strati di grafene o di nitruro di boro, che mantiene tuttavia invariato e uniforme lo spessore del film finale.

“L’iterazione successiva di più procedimenti di ricrescita a pattern ci permetterà di formare circuiti più complessi, connessi da eterogiunzioni laterali perfettamente funzionanti”, hanno scritto gli scienziati nello studio. “Per ottenere componenti elettronici più complicati, bisogna infatti far sì che tutte le procedure siano riproducibili su scale diverse e che si possano connettere fogli atomici ottenuti in momenti differenti”. Aggiungendo poi: “I nostri risultati rappresentano un importante passo avanti verso lo sviluppo di circuiti integrati dallo spessore atomico, permettendo la fabbricazione di elementi elettronici attivi e passivi immersi in fogli atomici continui, che dunque possono essere manipolati o impilati per formare strumenti più complessi, ma comunque incredibilmente sottili”.

Riferimenti: Nature doi:10.1038/nature11408

Credit immagine a Yan Liang