Microelettronica e nanoelettronica

Secondo la legge di Moore, il numero di transistor inseribili in un singolo chip è destinato a raddoppiare ogni due anni. Da quando, nel 1965, è stata formulata questa teoria, la tecnologia di fabbricazione dei semiconduttori si è evoluta al passo pronosticato e ha rivoluzionato l’industria. Tuttavia, il ritmo di riduzione delle dimensioni sta rallentando e la principale sfida per la produzione di componenti elettronici su scala submicrometrica riguarda la progettazione del gate del transistor, che controlla il flusso di corrente nel canale. Più si rimpiccioliscono i componenti elettronici, più diventa difficile produrli. Gli effetti fisici e quelli quantistici alterano le proprietà dei materiali dalla macroscala alla nanoscala, con un effetto a livello di interazioni interatomiche e di proprietà quantomeccaniche.

L’introduzione di materiali innovativi, nanotubi in carbonio, nanotubi in nitruro di boro, punti quantici e additivi a base di grafene ha favorito l’ulteriore miniaturizzazione delle nanotecnologie e delle microtecnologie. Questi e altri nuovi materiali possono essere modellati e manipolati con straordinaria precisione alle scale più ridotte. Le nuove tecnologie consentono la deposizione e la stratificazione di materiali elettronici di spessore preciso, financo su scala atomica. La tecnologia per la fabbricazione di dispositivi semiconduttori a film sottile utilizza materiali conduttori, semiconduttori e isolanti per mettere sul mercato soluzioni avanzate in volumi elevati e a costi molto ridotti. I moderni metodi di fabbricazione impiegati per la nanoelettronica comprendono il patterning (litografia), l’etching (incisione), la deposizione di film sottili e le tecniche di drogaggio.

I campi di ricerca emergenti si concentrano sui nuovi approcci alla nanotecnologia e sullo studio degli effetti quantomeccanici. L’elettronica molecolare utilizza singole molecole come componenti elettronici per stabilire un contatto elettrico con elettrodi di grandi dimensioni. La spintronica, o elettronica basata sul trasporto di spin, manipola la proprietà di spin degli elettroni con campi magnetici ed elettrici, determinando una corrente spin-polarizzata che permette di raggiungere velocità di trasferimento dati più elevate e capacità di stoccaggio, densità di memoria e potenza di elaborazione superiori a quelle consentite dal ricorso alla sola carica elettrica.