Transistor in verticale: la rivoluzione dei microchip di IBM e Samsung

Sono stati presentati alcune settimane fa da IBM e Samsung dei nuovi microchip pensati con transistor in verticale. L’innovazione, che per ora rimane a livello teorico, permetterebbe secondo i due grandi colossi dell’informatica di rivoluzionare l’utilizzo dei dispositivi mobili. Infatti, dalle prime stime, la nuova struttura dei microchip riesce a garantire un notevole risparmio di carica elettrica con un conseguente aumento della durata delle batterie. Ma prima di capire la grande novità facciamo un passo indietro per capire come sono fatti i FET tradizionali.

Dai FET in orizzontale a quelli verticali

I MOSFET (Metal-oxide-semiconductor Field-effect Transistor) o transistori ad effetto di campo sono stati introdotti nel campo dell’elettronica a partire dagli anni 60 del secolo scorso. Inizialmente sviluppati dai Laboratori Bell hanno, di fatto, rivoluzionato la tecnica e la progettazione dei computer. La loro struttura prevede un substrato di materiale semiconduttore drogato (come il silicio) sul quale sono applicati tre terminali: gate, source e drain. Il gate è tipicamente realizzato con materiale conduttore, mentre il source e il drain sono di materiale semiconduttore drogato. Source e drain sono drogati all’opposto del substrato: infatti, se il substrato ha un drogaggio di tipo p i due terminali avranno drogaggio di tipo n, e viceversa. Applicando tensione al gate è possibile controllare la corrente che attraversa il dispositivo.

Come è intuibile dalla struttura del transistore, la corrente scorre lateralmente tra il source e il drain. I dispositivi possono poi essere affiancati, ponendo fra loro un’intercapedine, al fine di isolarli. Questa peculiarità, come vedremo, è stata sfruttata dai ricercatori di IBM e Samsung per rivoluzionare la struttura dei microchip.

I limiti dell’hardware e la legge di Moore

La ricerca è stata dettata dal raggiungimento di una soglia oltre la quale non è possibile produrre hardware più performante. Questo limite è ben noto agli esperti del settore con il nome di Legge di Moore e proprio in questi anni stiamo per arrivare alla fatidica soglia, definita anni orsono dall’ingegnere americano.

Il processo produttivo, infatti, non è più in grado di posizionare altri transistori nei circuiti integrati. L’unico modo per migliorare la potenza di un microprocessore è di sfruttare tecniche alternative come il calcolo parallelo o ottimizzazioni software.

L’innovazione dei transistor in verticale di IBM e Samsung

La svolta è stata ripensare la disposizione della circuiteria nei microchip e pertanto inserire i transistor con la corrente che scorre in verticale. Il nome di questa nuova tecnologia è Vertical Transport Field Effect Transistor (VTFET) proprio in virtù della loro configurazione ruotata di 90° rispetto a quelli tradizionali. In questo modo, da una parte è possibile risparmiare spazio nella configurazione del microchip e dall’altra crescendo il numero di transistori si aumenterà la sua potenza computazionale.

In aggiunta, sono meglio isolati e di conseguenza riescono a fornire maggiori tensioni operative e correnti di pilotaggio. Questi aspetti sono particolarmente rilevanti da un punto di vista del consumo di batteria. Infatti, riducendo di circa il 50% la dispersione, i nuovi transistor risulteranno meno energivori, facendo durare più a lunga la carica delle batterie e offrendo prestazioni migliorate.

Non ci resta che attendere nuovi risultati dai già promettenti test di laboratorio per questa che potrebbe diventare la rivoluzione delle architetture dei processori.