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Verso l'era della nanoelettronica

Dalle comunicazioni mobili e i computer, fino al settore aerospaziale, l'elaborazione delle informazioni avviene mediante la microelettronica. Incalzato dalla crescita di competitività in questo settore, il mercato si è concentrato su alcuni aspetti chiave della microelettronica, fra cui l'abbassamento dei costi e l'aumento della densità di impaccamento, e il miglioramento delle prestazioni in termini di frequenza e rumore. Alla luce di queste considerazioni, nell'ambito del progetto SIGMUND si è lavorato allo sviluppo di transistor n-MOSFET basati su substrati virtuali dotati di strati separatori di SiGe rilassati e sottili (inferiori ai 100nm).

Economia digitale

Viste le attuali tendenze nel campo della microelettronica, lo sviluppo di FET (transistor a effetto di campo) di silicio (Si) ad eterostruttura appare quanto mai necessario, considerata la maggiore mobilità dei portatori che li contraddistingue. Quest'accresciuta mobilità comporta un miglioramento delle velocità di commutazione, soprattutto per quanto riguarda la sollecitazione del SiGe (o sollecitazione del Si su SiGe rilassato) nel canale dei MOSFET. I partecipanti al progetto SIGMUND hanno raccolto la sfida di ottimizzare i transistor nMODFET su strati separatori rilassati con tecnologia NMOS. I transistor n-FET ad eterostruttura necessitano di strati separatori rilassati sottili e, nell'ambito del progetto, si è riusciti a sviluppare dei transistor n-MOSFET sottilissimi (meno di 100 nm), basati su strati di SiGe contenenti il 35 e il 50 per cento di Ge. Nel corso del progetto sono stati condotti diversi studi. Per esempio, si è proceduto alla caratterizzazione degli strati separatori rilassati mediante microscopio a interazione atomica, diffrazione di raggi X, spettroscopia Raman, simulazioni, microscopio di Nomarski (prima e dopo aver eseguito una delicata incisione per via chimica) e modo TEM. Tutti questi studi hanno dimostrato che i MOSFET di SiGe ad eterostruttura presentano delle caratteristiche superiori a quelli dei tradizionali transistor a effetto di campo (FET). Pertanto, i MOSFET in SiGe messi a punto nell'ambito del progetto SIGMUND mostrano degli elevati gradi di rilassamento e una superficie liscia, principalmente dovuti alle basse temperature della fase di crescita e ai tensioattivi di Sb. Al fine di ottimizzare ulteriormente i risultati, sono stati condotti degli studi sull'impatto della composizione degli strati e delle condizioni di crescita sul grado di rilassamento, la morfologia della superficie e la comparsa di difetti. È importante sottolineare che il processo di sviluppo degli strati è talmente semplice da permetterne una produzione su scala industriale. Sul trasporto ottimale delle frequenze portanti e le prestazioni del dispositivo sono stati condotti approfonditi esami, basati sull'analisi della sollecitazione dello strato, della dimensione quantica e delle dimensioni del dispositivo. Inoltre, numerose simulazioni fisiche hanno contribuito a determinare le configurazioni ottimali dello strato, che consentono di aumentare la mobilità e il comando della corrente. I risultati ottenuti dalla caratterizzazione del dispositivo, sotto il profilo della temperatura (fra 50 e 300 K), possono essere utilizzati come feedback per ottimizzare il dispositivo stesso nei modelli elettrici e per effettuare applicazioni prospettiche nelle simulazioni predittive del circuito. Inoltre, è stata effettuata un'ampia caratterizzazione con particolare enfasi sulle misurazioni delle alte frequenze, mostrando così il potenziale di utilizzo nelle applicazioni spaziali. (criotemperature). Il miglioramento delle prestazioni, si spera, permetterà di estendere la tecnologia a base di silicio al campo delle microonde.

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