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Tutto ciò che è digitale, come il computer e il telefono cellulare, funziona grazie ad una grande invenzione del nostro secolo: il transistor.

Ce ne sono di vari tipi, ma sicuramente il più utilizzato è il MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor. Come indica il nome, questo tipo di transistor a effetto di campo si basa sulla struttura metallo-ossido-semiconduttore ed è un semplice dispositivo a tre terminali costituito da tre strati di materiale semiconduttore, uno strato isolante intermedio e uno strato metallico.

I due strati esterni del materiale semiconduttore sono drogati, ovvero hanno subito l’aggiunta di piccole percentuali di atomi non facenti parte del semiconduttore stesso per modificarne le proprietà elettriche, e sono la “sorgente”(source) e il “pozzo” (drain). Questi due strati consentono il passaggio di corrente nel ”canale”, lo strato intermedio. Per controllare l’ afflusso di elettroni al canale si utilizza lo strato metallico come ”porta”(gate), che funge così da interruttore. Oggi comunemente vengono usati come semiconduttore il silicio e come isolante l’ossido di silicio (SiO2), ottenendo numerosi vantaggi dalla struttura semiconduttore-ossido corrispondente.

Ciò che si vuole ottenere in futuro è la diminuzione del tempo di attraversamento degli elettroni del dispositivo, ovvero la restrizione del canale, così da avere una maggior velocità di operazione di un MOSFET. Una delle sfide proposte dal’ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) è quella di ridurre le dimensioni del canale fino a 9 nanometri entro il 2016. Per raggiungere questo obiettivo, pertanto, sarà necessario dover trovare nuovi materiali e capire cosa succede a livello nanometrico.

Le ridotte dimensioni del canale presuppongono che anche l’ossido isolante venga ridotto a dimensioni di decimi di nanometro. Le interfacce, ovvero le zone di confine tra silicio\ossido e ossido\metallo, su scale così ridotte, acquistano una grande importanza. Sono le interfacce dei materiali che stabiliscono le caratteristiche elettroniche del sistema. Inoltre, in queste dimensioni è praticamente impossibile costruire un’interfaccia silicio\ossido che non crei problemi al funzionamento del dispositivo.

La soluzione che si è pensato di attuare è l’utilizzo, per la nuova generazione di nanotransistor, di “ossidi alternativi cristallini” che possiedono le caratteristiche esatte per un miglior funzionamento, in quanto permettono un miglior controllo della struttura dell’interfaccia e possiedono proprietà elettriche migliori degli ossidi tradizionali. La regola di base dovrà essere la seguente: l’interfaccia deve essere considerata come una fase indipendente con proprie caratteristiche strutturali ed elettrodinamiche indipendenti. Il fine ultimo è quello di avere microchip molto più capienti ed avere così un’altra grande rivoluzione nell’elettronica.