Engineers create semiconductor-free microelectronics / Gli ingegneri creano la microelettronica senza semiconduttori
Researchers at the University of California San Diego have developed what they say is the world’s first semiconductor-free, optically-controlled microelectronic device, which could lead to faster electronics and more efficient solar panels.
Semiconductors are at the heart of modern computing devices but are approaching the physical limits of what they can achieve using current materials. As a result, Moore’s Law – which predicts that computing power should double every two years – is no longer holding true.
To overcome this problem, the UC San Diego engineers replaced the electrons flowing through semiconductors with free electrons floating in space, similar to the vacuum tubes of early computing, but on a nanoscale. But liberating electrons from materials is difficult, requiring either high voltages, high temperatures or high powered lasers, none of which are practical for microelectronics.
However, the team was able to fabricate a device that releases electrons without the need for these extremes. Described in the journal Nature Communications, it consists of a gold metasurface with mushroom-shaped nanostructures on an array of parallel gold strips.This sits on top of a silicon wafer, with a layer of silicon dioxide in between.
When a low DC voltage (less than 10 Volts) and a low power infrared laser are both applied, the metasurface generates “hot spots” with a high-intensity electric field, which provide enough energy to pull electrons from the metal and liberate them into space.Tests on the device showed a 1,000 per cent increase in conductivity when activated.
“This certainly won’t replace all semiconductor devices, but it may be the best approach for certain specialty applications, such as very high frequencies or high power devices,” said electrical engineering professor Dan Sievenpiper at UC San Diego’s Applied Electromagnetics Group.
“Next we need to understand how far these devices can be scaled and the limits of their performance.”
According to researchers, this particular device was designed as a proof-of-concept, and different types of metasurface will need to be designed for different types of microelectronic devices.
ITALIANO
I ricercatori della Università della California di San Diego hanno sviluppato quello che dicono sia il primo dispositivo senza semiconduttori al mondo, con microelettronica otticamente controllata, che potrebbe portare a realizzare elettronica più veloce e pannelli solari più efficienti.
I semiconduttori sono al centro di dispositivi informatici moderni, ma si avvicinano ai limiti fisici di quello che possono ottenere utilizzando i materiali attuali. Di conseguenza, la legge di Moore - che prevede che la potenza di calcolo dovrebbe raddoppiare ogni due anni - non è più vera.
Per superare questo problema, i tecnici UC di San Diego hanno sostituito gli elettroni che fluiscono attraverso i semiconduttori con elettroni liberi fluttuanti nello spazio, simili alle valvole di inizio del calcolo, ma su scala nanometrica. Ma liberare elettroni dai materiali è difficile, richiedendo quindi tensioni elevate, elevata temperatura o laser alimentati, nessuno dei quali è pratico per la microelettronica.
Tuttavia, il gruppo è in grado di fabbricare un dispositivo che rilascia elettroni senza la necessità di questi due estremi. Descritto nella rivista Nature Communications, si compone di un metasuperficie di oro con nanostrutture a forma di fungo su una matrice di strisce parallele in oro.Queste strisce parallele d'oro risiedono sulla cima di un wafer di silicio, con uno strato di biossido di silicio in mezzo.
Quando una bassa tensione DC (meno di 10 Volt) ed un laser infrarosso di bassa potenza vengono entrambi applicati, la metasuperficie genera "punti caldi" con un campo elettrico ad alta intensità, che fornisce energia sufficiente per estrarre gli elettroni dal metallo e liberarlo nello spazio. Le prove sul dispositivo mostrato un aumento del 1,000 per cento in conducibilità quando attivato.
"Questo certamente non sostituire tutti i dispositivi a semiconduttore, ma può essere l'approccio migliore per alcune applicazioni speciali, come ad esempio le frequenze molto alte o i dispositivi ad alta potenza", ha detto l'ingegnere elettrico professore Dan Sievenpiper in Elettromagnetismo applicato del gruppo di UC San Diego.
"Poi abbiamo bisogno di capire fino a che punto questi dispositivi possono essere scalati e i limiti delle loro prestazioni."
Secondo i ricercatori, questo particolare dispositivo è stato progettato come un esempio di prova concettuale, e dovrà essere progettato per diversi tipi di dispositivi microelettronici con diversi tipi di metasuperficie.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/engineers-create-semiconductor-free-microelectronics/?cmpid=tenews_2794044
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