in

Scoperta di un semiconduttore con prestazioni di gran lunga superiori al silicio

[VIDÉO] Potrebbe piacerti anche questo contenuto del partner (dopo l’annuncio)

Senza semiconduttori, semplicemente non c’è digitale (computer, smartphone, console di gioco, ecc.). Il silicio è il materiale semiconduttore più utilizzato in commercio, grazie alla sua abbondanza naturale e al costo di implementazione economico. Tuttavia, le proprietà dei semiconduttori sono tutt’altro che ideali e date le carenze causate dal COVID-19, molti cercano alternative. Di recente, un team di scienziati del MIT ha dimostrato che un materiale noto come “arseniuro di boro cubico” riempie le lacune del silicio e sembra essere probabilmente il miglior semiconduttore conosciuto oggi. Il passo successivo è trovare modi pratici ed economici per realizzarlo.

Dovresti sapere che a semiconduttore è un materiale che allo stato puro non conduce elettricità, ma diventa dopante dopo uno specifico trattamento. Questa semiconduttività si ottiene introducendo impurità, mediante N-doping (per negativo, perché aggiungiamo elettroni) o P (per positivo, perché gli elettroni vengono rimossi): aumenta la conduttività dei semiconduttori.

Questo trattamento viene utilizzato in caso di: silicioche in particolare costituisce la base delle celle fotovoltaiche che compongono il . dare forma pannelli solari. La conducibilità elettrica di un semiconduttore è compresa tra quella dei metalli (buoni conduttori) e quella degli isolanti. Nei computer, diversi semiconduttori sono posti in una catena, alternando N-doping e P-doping, consentendo agli elettroni di passare dall’uno all’altro. Gli elettroni del semiconduttore drogato con N riempiono i “buchi” lasciati dal drogaggio P dell’altro semiconduttore.

Illustrazione di (A) drogaggio di due semiconduttori e (B) principio di funzionamento di semiconduttori a catena con passaggio di elettroni tra N e P. © Henry Laurie for Trust My Science

Sebbene il silicio sia ampiamente utilizzato, le sue proprietà non sono ideali. Da un lato, sebbene permetta agli elettroni di passare facilmente attraverso la sua struttura, si adatta molto meno alle lacune (P-doping), il passaggio degli elettroni è difficile. Queste due proprietà sono tuttavia importanti in alcuni tipi di chip. Inoltre, il silicio non è molto efficiente nel condurre il calore, motivo per cui problemi di surriscaldamento e costosi sistemi di raffreddamento sono comuni nei computer.

Recentemente, un team di ricercatori del MIT, dell’Università di Houston e di altre istituzioni ha dimostrato che l’arseniuro di boro cubico supera entrambi i limiti. Offre un’elevata mobilità a elettroni e lacune e ha un’eccellente conduttività termica. Il lavoro sarà pubblicato sulla rivista attraverso due articoli simultanei Scienza.

Risultati che confermano la ricerca precedente

L’attuale studio si basa su ricerche precedenti, incluso il lavoro di David Broido, coautore del nuovo articolo. Quest’ultimo aveva teoricamente previsto che l’arseniuro di boro cubico avrebbe un’elevata conduttività termica, quasi 10 volte maggiore di quella del silicio. Inoltre, nel 2018, il team di Chen ha anche ipotizzato che fosse dotato di un’elevatissima mobilità per elettroni e lacune”, ciò che rende questo materiale davvero unico Chen spiega in a comunicato. Aggiunge: ” Questo è importante perché, ovviamente, nei semiconduttori abbiamo cariche positive e negative equivalenti. Quindi, quando costruisci un dispositivo, vuoi avere un materiale in cui elettroni e lacune viaggiano con meno resistenza “.

Le proprietà elettroniche dell’arseniuro di boro cubico erano state originariamente previste dai calcoli della funzione di densità meccanica quantistica eseguiti dal gruppo di Chen. Queste previsioni sono state poi convalidate da esperimenti condotti al MIT, utilizzando metodi di rilevamento ottico (mediante microscopia a riflettività transitoria) su campioni creati da Zhifeng Ren e dai suoi colleghi dell’Università di Houston.

Il professor Shin spiega: Il passaggio fondamentale che rende possibile questa scoperta sono i progressi nei sistemi di array laser ultraveloci al MIT, originariamente sviluppati dall’ex studente di dottorato del MIT Bai Song. Senza questa tecnica, non sarebbe stato possibile dimostrare l’elevata mobilità del materiale per elettroni e lacune. “.

Come accennato in precedenza, uno degli ostacoli del silicio è il surriscaldamento e la necessità di investire in costosi sistemi di raffreddamento. Ad esempio nell’elettronica di veicoli elettrici, il silicio è sostituito dal carburo di silicio, che ha una conduttività termica tre volte maggiore. In poche parole, deve riscaldarsi tre volte meno per ottenere la stessa efficienza del silicio di base. Tuttavia, attraverso i loro esperimenti, gli autori dello studio hanno confermato la conduttività termica 10 volte superiore dell’arseniuro di boro cubico. Il professor Shin sottolinea: Immagina cosa possono ottenere gli arseniuri di boro, con una conduttività termica 10 volte maggiore e una mobilità molto maggiore rispetto al silicio. Potrebbe essere un punto di svolta “.

Un nuovo materiale con un potenziale inespresso

La sfida ora è trovare modi pratici per produrre questo materiale in quantità utilizzabili. Gli attuali metodi di produzione producono materiale non uniforme, quindi il team ha dovuto trovare il modo di testare solo piccole aree del materiale che fossero abbastanza uniformi da fornire dati affidabili. Sebbene abbiano dimostrato il grande potenziale di questo materiale, ” non sappiamo se e dove verrà effettivamente utilizzato dice Chen.

Il silicio è il cavallo di battaglia dell’intera industria elettronica. Inoltre, martedì 8 febbraio 2022, la Commissione Europea presenterà un piano da 42 miliardi di euro per incrementare la produzione di questi componenti elettronici. Saranno quindi necessarie ulteriori ricerche per determinare se l’arseniuro di boro cubico può sostituire l’onnipresente silicio.

E mentre le proprietà termiche ed elettriche si sono rivelate eccellenti, ci sono molte altre proprietà di questo materiale che non sono state ancora testate, come la sua stabilità a lungo termine, spiegano gli autori. Chen nota: Ora che le proprietà desiderabili dell’arseniuro di boro sono diventate più chiare, suggerendo che il materiale è “per molti aspetti il ​​miglior semiconduttore”, si può prestare maggiore attenzione a questo materiale “.

Tuttavia, i ricercatori concludono che il materiale potrebbe trovare applicazioni nel prossimo futuro in cui le sue proprietà uniche farebbero una differenza significativa, se l’industria fornisce i finanziamenti necessari per tale sviluppo.

Fonte : Scienza

Pyongyang accusa Washington di guerra biologica in Ucraina

Chi sono i francesi colpiti dal polmone Covid? Un primo studio alza il velo