Intel Corporation ha annunciato di aver identificato nuovi materiali da utilizzare
in sostituzione di quelli impiegati da oltre 30 anni nella produzione dei chip.
Questo risultato rappresenta un passo avanti significativo nel tentativo di ridurre
la dispersione di corrente nei transistor, un problema sempre più avvertito
dai produttori di chip a causa del continuo aumento del numero di transistor inseriti
in minuscole piastrine di silicio.

I ricercatori Intel hanno sviluppato transistor all’avanguardia e a elevate
prestazioni utilizzando un nuovo materiale, denominato high-k (ad alta costante
k), per il "gate dielectric" (dielettrico di gate) e nuovi materiali
metallici per il "gate" dei transistor. I transistor sono microscopici
interruttori di silicio che elaborano le sequenze di uno e zero del mondo digitale.
Il gate accende e spegne il transistor, mentre il dielettrico di gate è
un isolante posto al di sotto del gate che controlla il flusso della corrente
elettrica. Nel complesso, i nuovi materiali per gate e dielettrici consentono
di ridurre drasticamente la dispersione di corrente che provoca una riduzione
dell’energia della batteria e genera calore non necessario. Secondo Intel, il
nuovo materiale high-k riduce di oltre 100 volte la dispersione di corrente
rispetto al biossido di silicio utilizzato negli ultimi trent’anni.

Il settore è impegnato da diversi anni nella ricerca di nuovi materiali
per i gate dei transistor, ma l’implementazione
pratica è stata impedita da difficoltà tecniche.

"Questa è la prima dimostrazione convincente del fatto che
i nuovi materiali per gate consentiranno di ottenere prestazioni più
elevate per i transistor, superando allo stesso tempo le limitazioni fondamentali
del materiale del dielettrico di gate in biossido di silicio utilizzato nel
settore da oltre trent’anni", ha affermato Sunlin Chou, Senior Vice
President di Intel e General Manager del Technology and Manufacturing Group.
"Intel intende utilizzare questa e altre innovazioni, tra cui il silicio
‘strained’ e i transistor tri-gate, per aumentare la scalabilità dei
transistor e prolungare la Legge di Moore".

Secondo la Legge di Moore, il numero di transistor inseriti su un chip raddoppia
circa ogni due anni, portando a un aumento delle caratteristiche e delle prestazioni
e a una riduzione del costo a transistor. Per mantenere questo ritmo di innovazione,
i transistor devono raggiungere dimensioni sempre più ridotte. Con gli
attuali materiali, tuttavia, la possibilità di ridurre i transistor sta
per raggiungere limitazioni fondamentali, a causa dei problemi di aumento del
consumo di energia e di generazione del calore che si sviluppano quando le dimensioni
raggiungono livelli atomici. Di conseguenza, per garantire il futuro della Legge
di Moore e l’economia dell’era informatica è assolutamente necessario
implementare nuovi materiali e nuove strutture innovative dei transistor.

La soluzione high-K e metal gate

Tutti i transistor sono dotati di un materiale isolante, denominato dielettrico
di gate, che è fondamentale per il loro funzionamento. Negli ultimi 30
anni il materiale più utilizzato per questo componente fondamentale del
transistor è stato il biossido di silicio, grazie alla facilità
di produzione e alla possibilità di offrire continui miglioramenti delle
prestazioni dei transistor con dimensioni sempre più piccole.

Intel è riuscita a ridurre il dielettrico di gate in biossido di silicio
fino a uno spessore di 1,2 nanometri (nm), che equivale ad appena cinque strati
atomici. Con la riduzione dello spessore del materiale in biossido di silicio,
aumenta la dispersione di corrente elettrica attraverso il dielettrico di gate,
e si verifica di conseguenza uno spreco di corrente e la generazione di calore
non necessario. Per mantenere il corretto flusso degli elettroni e risolvere
questo problema critico, Intel intende sostituire l’attuale materiale con un
materiale high-k più spesso nel dielettrico di gate, riducendo sensibilmente
la dispersione di corrente.

La seconda parte della soluzione prevede lo sviluppo di un materiale metallico
per gate, poiché il dielettrico di gate high-k non è compatibile
con il gate degli attuali transistor.

La combinazione del dielettrico di gate ad alta costante k con il gate metallico
consente una drastica riduzione della dispersione di corrente mantenendo estremamente
elevate le prestazioni del transistor, e quindi rendendo possibile il proseguimento
della Legge di Moore e delle innovazioni tecnologiche nel prossimo decennio.
Intel ritiene che queste nuove scoperte possano essere integrate in un processo
di produzione economico in grandi quantità, e ha iniziato a trasferire
questa ricerca sui transistor nella fase di sviluppo.

I transistor basati su questi nuovi materiali dovranno essere integrati nei
futuri processori Intel a partire dal 2007, nell’ambito del processo di produzione
a 45 nm dell’azienda.

Intel presenta i dettagli dello sviluppo di nuovi materiali per transistor
il 6 novembre nel corso della manifestazione 2003 International Workshop on
Gate Insulator di Tokyo. Gli esponenti della stampa tecnica invitati da Intel
descriveranno l’esigenza critica e urgente di sviluppare e integrare nuovi materiali
per risolvere gli attuali problemi di dispersione di corrente, consumo di energia
e generazione di calore concentrandosi su due innovazioni significative: l’identificazione
del materiale appropriato per il dielettrico di gate ad alta costante k con
cui sostituire il biossido di silicio attualmente in uso e l’identificazione
del materiale metallico con cui sostituire l’attuale materiale dei gate che
sia compatibile con il dielettrico di gate high-k.