Transistor Quantum-Dot: una potenziale alternativa all'elettronica flessibile?

14 ore fa p Luke James In uno studio pubblicato sulla rivista Nature a metà ottobre, i ricercatori del Los Alamos National Laboratory e dell'Università della California Irvine spiegano come la tecnologia dei punti quantici offra l'opportunità di combinare i vantaggi di semiconduttori inorganici ben conosciuti con la processabilità chimica dei sistemi molecolari , presentando un circuito CMOS funzionale. Questa innovazione, dicono i ricercatori, promette un approccio più economico e di facile fabbricazione a dispositivi elettronici complicati che possono essere fabbricati tramite semplici tecniche basate su soluzioni. Ma cosa sono esattamente i punti quantici e cosa rende significativa questa ricerca? Un punto quantico è un cristallo su scala nanometrica di fabbricazione umana che può trasportare elettroni grazie agli effetti quantistici.
Uno degli effetti evidenti più preziosi dei punti quantici sono le loro proprietà fotoluminescenti, che consentono loro di emettere luce di vari colori se esposti alla luce UV , rendendoli utili in una varietà di applicazioni. È anche possibile ottenere punti quantici semiconduttori che mostrano proprietà semiconduttive, e sono questi che sono necessari per creare transistor a punti quantici come quello dimostrato dai ricercatori del Los Alamos National Laboratory (LANL) e dell'Università della California, Irvine (UC Irvine) in questo studia. La microelettronica ha fatto affidamento da tempo sul silicio ad alta purezza lavorato in ambienti clean-room, tuttavia, la microelettronica a base di silicio ha recentemente affrontato diverse sfide da tecnologie che possono essere fabbricate a buon mercato utilizzando processi chimici al di fuori di tali ambienti.
Le nanoparticelle di semiconduttori colloidali sono una di queste tale esempio che, a causa delle loro piccole dimensioni e proprietà controllate dalla meccanica quantistica, sono indicati come punti quantici colloidali. I punti quantici colloidali sono costituiti da un nucleo semiconduttore circondato da molecole organiche. Questa natura ibrida significa che combinano i vantaggi dei semiconduttori con la versatilità dei sistemi molecolari.
Come tali, sono utili per realizzare nuovi tipi di circuiti elettronici flessibili che potrebbero essere stampati su qualsiasi superficie, portando potenzialmente benefici a campi chiave come l'elettronica di consumo, la sicurezza e la tecnologia medica. "Le potenziali applicazioni del nuovo approccio ai dispositivi elettronici basati su punti quantici non tossici includono circuiti stampabili, display flessibili, diagnostica lab-on-a-chip, dispositivi indossabili, test medici, impianti intelligenti e biometria", ha affermato Victor Klimov, un fisico specializzato in nanocristalli semiconduttori presso LANL e autore principale dell'articolo. Sebbene i primi transistor a punti quantici siano stati dimostrati circa due decenni fa, l'integrazione di dispositivi complementari di tipo n e p all'interno dello stesso strato di punti quantici è stata una sfida difficile da superare per i ricercatori.
Mentre altri sforzi di ricerca hanno esplorato l'uso di nanocristalli a base di piombo e cadmio per superare questa sfida, si tratta di metalli pesanti tossici che limiterebbero l'utilità pratica dei dispositivi dimostrati. Utilizzando il seleniuro di rame e indio (CuInSe2), tuttavia, il team di ricerca LANL-UC Irvine ha dimostrato che i punti quantici privi di metalli pesanti potrebbero affrontare il problema della tossicità, oltre a ottenere una semplice integrazione dei transistor n e p nello stesso punto quantico strato. L'innovazione presentata in questo studio consente ai ricercatori di definire transistor di tipo n e p applicando rispettivamente contatti di metallo dorato e indio.
I dispositivi sono stati completati depositando uno strato di punti quantici comune sopra i contatti preformati. Per dimostrare l'utilità pratica del loro approccio, i ricercatori hanno creato circuiti CMOS funzionali in grado di eseguire operazioni logiche. "Questo approccio consente l'integrazione diretta di un numero arbitrario di transistor di tipo p e n complementari nello stesso strato di punti quantici preparato come un film continuo, senza motivo, tramite rivestimento di rotazione standard", ha affermato Klimov.
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