Elettronica ispirata agli origami per estendere la legge di Moore
La legge di Moore è un principio fondamentale nel campo dell’elettronica da quasi 60 anni. Questo principio afferma che il numero di transistor in un microprocessore raddoppia ogni due anni, senza che il suo costo di produzione aumenti di molto. Ma questa regola di scalabilità si sta avvicinando ai suoi limiti economici e fisici. Impilare i transistor è una soluzione promettente per il futuro: i transistor vengono posizionati in 3D uno sopra l’altro. Tuttavia, i sistemi attuali sono soggetti a restrizioni, quali il breve ciclo di vita e il numero limitato di strati sovrapponibili. Nell’ambito del progetto ORIGENAL, finanziato dall’UE, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo concetto di imballaggio 3D per i transistor, ispirato agli origami, l’antica tecnica giapponese di piegare la carta per finalità artistiche. Questo nuovo approccio si basa su transistor realizzati su una lamina sottile, che può essere piegata e modellata per creare strutture 3D utilizzando un nuovo strumento di piegatura. Grazie a questa tecnica, è possibile impilare migliaia di strati l’uno sull’altro, il che potrebbe estendere la legge di Moore per qualche altro decennio.
Elettronica ispirata agli origami
L’idea originale per la sostanziosa integrazione 3D dei transistor è stata ispirata dai condensatori elettrolitici, in sostanza fogli arrotolati che alla fine creano una forma cilindrica. «Si tratta di un approccio molto semplice, veloce ed efficace per passare dal 2D al 3D», spiega Daniel Neumaier, titolare della cattedra di Sistemi di sensori intelligenti presso l’Università di Wuppertal. La sfida nell’impiego di questo approccio per i circuiti elettronici è rappresentata dalle interconnessioni perpendicolari alla lamina. «Con l’arrotolamento, resta la difficoltà rappresentata dalla variabilità del diametro, che rende le interconnessioni molto impegnative», dice Neumaier, coordinatore del progetto ORIGENAL. Il team ha quindi iniziato a considerare altri approcci di ripiegamento, quali gli origami, e ha valutato le macchine e i processi esistenti in diversi settori, tra cui l’elettronica flessibile, il fotovoltaico a film sottile e il confezionamento alimentare, dove si maneggiano lamine sottili. «Per le interconnessioni, stavamo analizzando i processi per la fabbricazione e l’allineamento a lamine delle diverse parti», spiega Neumaier. «Tutto ciò ha portato alla progettazione concettuale dello strumento di ripiegamento.»
Sviluppo di un transistor a film sottile
Grazie al progetto, il team ha anche sviluppato una tecnologia di transistor a film sottile (TFT) su un substrato meccanico flessibile basato su semiconduttori 2D. «Nel settore dei semiconduttori, la tecnologia TFT sviluppata è già ritenuta una soluzione promettente per i futuri dispositivi logici, sia in Europa che a livello globale», aggiunge Neumaier. «In Europa, grazie ai nostri ottimi collegamenti con i principali operatori del settore dei semiconduttori, conoscenze ed esperienza sono state diffuse in modo adeguato», aggiunge.
Sconvolgere il campo dell’informatica logica
Nonostante la possibilità tecnologica di estendere in un futuro lontano la legge di Moore, lo sviluppo e la commercializzazione richiederanno tempo. «Introdurre nel mercato un approccio così dirompente per i dispositivi logici è un’impresa piuttosto ardua e la sua competitività rispetto alle soluzioni esistenti richiederà notevoli sforzi di ricerca», osserva Neumaier. Nel breve termine, il team sta prendendo in considerazione i sensori flessibili come potenziale scenario applicativo, in cui i diversi componenti del sistema di rilevamento sono realizzati su singole lamine e impilati insieme per il sistema finale. «Questo approccio ci consentirà di impiegare la migliore tecnologia disponibile per ogni componente e le difficoltà tecniche legate alla sovrapposizione saranno contenute, poiché in questo caso gli strati da impilare saranno pochi e non migliaia», afferma Neumaier.
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