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Nuovi materiali consentono tecnologie che superano la legge di Moore

I semiconduttori metallo-ossido complementari (complementary metal-oxide semiconductors, CMOS) possono aiutare il settore europeo dei semiconduttori a superare i confini della legge di Moore e sviluppare dispositivi elettronici utilizzando informazioni non digitali. Alcuni scienziati finanziati dall’UE hanno sfruttato le proprietà fenomeniche degli ossidi di metallo per sviluppare dispositivi elettronici multifunzionali che superano di gran lunga le prestazioni degli attuali dispositivi a base di silicio.
Nuovi materiali consentono tecnologie che superano la legge di Moore
La legge di Moore trova terreno fertile nel settore dei chip che popolano il mondo digitale, ma non riesce a interfacciarsi con l’universo analogico, che rappresenta l’effettivo mondo fisico. L’aggiunta di funzionalità che non si adattano necessariamente a questa legge nei dispositivi elettronici rappresenta la nuova tendenza nell’industria dei semiconduttori, nota con il nome di More than Moore (MtM). Questo paradigma tenta di sviluppare CMOS che dovrebbero inaugurare una nuova fase nel settore elettronico.

Quella degli ossidi costituisce una delle classi più sorprendenti di materiali, i quali esibiscono una varietà di fenomeni tra cui ferroelettricità e ferromagnetismo. Il progetto IFOX (Interfacing oxides), finanziato dall’UE, ha sfruttato le proprietà elettriche e magnetiche di un certo numero di ossidi di metalli di transizione che nascono dalla ricca interazione tra carica, spin, gradi di libertà orbitali all’interno di tali materiali e relative interfacce, per integrare funzioni analogiche nei dispositivi CMOS. L’ingegneria di tali sistemi complessi ha offerto condizioni di scala che si estendono sostanzialmente oltre la tecnologia CMOS.

Gli scienziati hanno progettato varie interfacce materiali che si sono aggiunte al funzionamento dei dispositivi CMOS o lo hanno migliorato. L’iniziativa IFOX si è concentrata sull’ottimizzazione degli strati di ossidi ferroelettrici e ferromagnetici per lo sviluppo di film a base di ossidi di elevata qualità. L’accoppiamento efficace tra le fasi ferroelettriche e ferromagnetiche in questi materiali ha permesso ai ricercatori di estendere la funzionalità e i limiti delle prestazioni.

Il fenomeno di commutazione resistiva presente nelle eterostrutture a base di ossido di manganese/ossido di titanio (MnO/TiO) si è dimostrato adatto per la memorizzazione dei dati. La magnetoresistenza a effetto tunnel intrinseca, scoperta sulle eterostrutture a base di titanato di bario (BaTiO3) e NiFeO3, può costituire la base per una memoria magnetoresistiva ad accesso casuale, un nuovo tipo di memoria non-volatile.

La manipolazione della magnetizzazione mediante campo elettrico ottenuto con un doppio strato di LaSrMnO3 e ferrite di bismuto (BiFeO3) rappresenta un importante sviluppo per l’ottenimento di memorie magnetiche a bassa alimentazione switching. Altre eterostrutture di ossidi, le quali combinano magnetoresistenza e proprietà di rilevamento dei gas, vantano importanti implicazioni per le applicazioni automobilistiche.

Alcune delle eterostrutture che offrono valori oltre la legge di Moore sono state realizzate su wafer di silicio con superficie elevata e sottoposte a dimostrazioni per l’industria.

I risultati del progetto costituiscono un passo importante verso un’elettronica che supera la legge di Moore e la tecnologia CMOS, favorendo l’emergere di nuove tecnologie basate sui materiali ossidi.

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Keywords

Oltre la legge di Moore, ossido di metallo, CMOS, dispositivi elettronici, IFOX, eterostrutture, magnetoresistenza