ROMA – Utilizzando la tecnica di ‘impiantazione a singolo-ione’, ricercatori dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi del Cnr riescono a ‘sparare’ in un cristallo di silicio una serie di atomi ‘droganti’ posizionandoli con precisione. Un risultato finora ottenuto solo con un singolo atomo.
La ricerca, pubblicata su Nature Nanotechnology , dimostra sperimentalmente la transizione di Anderson-Mott e apre nuove possibilità nel campo della nanoelettronica. Nasce dallo studio di un gruppo di ricercatori dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi del Consiglio nazionale delle ricerche (Imm-Cnr) e della Waseda University di Tokyo una nano struttura che rappresenta un passo avanti verso la realizzazione di una nuova classe di transistori molto più piccoli, veloci ed efficienti di quelli attuali, con i quali sarà possibile costruire circuiti elettronici in scala nanometrica. La ricerca, pubblicata su ‘Nature Nanotechnology’ , è stata realizzata grazie al supporto del Ministero degli affari esteri per l’Italia e del Mext (Ministero per la scienza e tecnologia) giapponese, che promuovono le iniziative congiunte tra ricercatori dei due paesi nell’ambito delle tecnologie d’eccellenza.
“La tecnica utilizzata consente di ‘sparare’ da più di un metro di distanza singoli atomi e di posizionarli in serie all’interno di un cristallo di silicio, con una precisione di un paio di decine di nanometri rispetto alla posizione desiderata e un’efficienza superiore al 99.9%”, spiega Enrico Prati dell’Imm-Cnr che ha coordinato il lavoro del gruppo italiano formato anche da ricercatori del Politecnico di Milano. “Utilizzando il metodo di ‘impiantazione a singolo-ione’ del gruppo giapponese con cui collaboriamo, siamo riusciti ad allineare esattamente lungo il transistore una serie di atomi di arsenico, in modo da favorire il passaggio di corrente tra i due capi del dispositivo”.
I risultati rappresentano un passo avanti rispetto a quelli ottenuti di recente dai fisici australiani che hanno realizzato il primo transistore a singolo-atomo . “La tecnica ambisce a sostituire quella attualmente impiegata nell’industria, che produce semiconduttori in cui gli atomi sono inseriti in modo random”, prosegue Prati, “ed è più vantaggiosa di quella usata dai colleghi australiani che, consentendo di posizionare solo un atomo alla volta, richiede un grande impiego di tempo”.
In pratica, è come se da una normale pistola fossimo passati a un revolver, a una ‘colt’ a sei colpi. “Quando abbiamo allineato esattamente tra i terminali del transistore prima due, poi quattro e quindi sei atomi, abbiamo osservato un radicale cambiamento nella risposta dei transistori, lunghi appena 150 nanometri. È cioè sufficiente ridurre fino a un certo valore la distanza tra gli atomi per attivare ulteriori bande di conduzione nel silicio”, spiega il ricercatore.
Inoltre, questa capacità di controllare esattamente la posizione degli atomi di arsenico immessi nel cristallo di silicio, ha consentito ai ricercatori italiani e giapponesi di osservare direttamente e verificare, per la prima volta a livello microscopico, la validità della transizione teorizzata dai premi Nobel Philip Anderson e Nevill Mott riguardante gli effetti degli atomi ‘droganti’ sulle proprietà dei semiconduttori. Finora infatti la loro teoria aveva trovato riscontro solo in oggetti di dimensioni macroscopiche e nessuno era stato in grado di osservare come emergono le bande di conduzione accostando individualmente singoli atomi.
“L’elevata precisione con cui è possibile controllare il drogaggio a livello di singolo ione”, conclude Prati, “consentirà di aumentare le prestazioni dei dispositivi elettronici e aprire nuove possibilità nel campo della nanoelettronica quantistica”.
