> FocusUnimore > numero 46 – aprile 2024
AttoSwitch: for the development of innovative nanoscale transistors with extremely low energy consumption
Unimore is the scientific leader of AttoSwitch, a new project that will develop nanoscale transistors with very low energy consumption. The study aims to provide ultra energy-efficient transistor prototypes for the high-frequency digital and analogue integrated circuit markets, to be used in high-performance but low-power electronics in portable devices and to reduce the very high energy cost of large data centres. The project is funded by the European Commission for €3,884,248.50 and by SERI for €1,094,937. In the long term, it aims to contribute to European plans to reduce global energy consumption.
A Unimore la leadership scientifica di un nuovo progetto che svilupperà transistor su scala nanometrica con un consumo energetico estremamente basso.
Il progetto AttoSwitch, coordinato amministrativamente dal consorzio di nanoelettronica IUNET e con leadership scientifica di Unimore, vede la collaborazione di partecipanti che spaziano dal mondo accademico alle principali industrie di semiconduttori e della ricerca quali le Università di Bologna, Udine, e Lund in Svezia, i laboratori di ricerca IBM a Zurigo e imec a Lovanio, il centro di nanofabbricazione tedesco AMO, e l’organismo di ricerca portoghese INL.
Lo studio, guidato dal prof. Luca Selmi del Dipartimento di Ingegneria Enzo Ferrari, mirerà a fornire prototipi di transistor ultra efficienti, dal punto di vista energetico per i mercati dei circuiti integrati digitali e analogici ad alta frequenza, da impiegare nell’elettronica ad alte prestazioni ma basso consumo dei dispositivi portatili e per ridurre il costo energetico molto elevato dei grandi data center.
Il progetto, che contribuisce agli obiettivi fissati dalle recenti leggi europee e nazionali sui chip, è finanziato dalla Commissione Europea per € 3.884.248,50 e da SERI per €1.094.937. A lungo termine esso vuole contribuire ai piani europei di riduzione dei consumi energetici globali. Infatti, la domanda globale di energia per le tecnologie dell’informazione e della comunicazione potrebbe raggiungere il 20% dell’energia totale prima della fine del decennio. Le innovazioni nella tecnologia dei transistor potranno compensare parzialmente questo aumento e migliorare la sostenibilità fornendo componenti elettronici a più basso consumo senza pregiudicare le prestazioni.
Tuttavia, l’efficienza energetica dell’attuale tecnologia del silicio per la fabbricazione di circuiti integrati, è condizionata da fattori fondamentali quali la distribuzione degli elettroni in energia, che pone un limite inferiore alla tensione di alimentazione e quindi al consumo energetico. Per sostenere la miniaturizzazione ed il miglioramento delle prestazioni, sono necessarie tecnologie a transistor in grado di superare questo limite.
“AttoSwitch – spiega il prof. Luca Selmi – svilupperà e studierà una nuova tecnologia di fabbricazione di transistor cosiddetti Dirac FET (DFET). Questi dispositivi vogliono sfruttare la distribuzione dell’energia degli elettroni caratteristica dei Semimetalli di Dirac (molto diversa da quella del comune silicio) per abbassare il limite di tensione di alimentazione e superare l’ostacolo. L’obiettivo principale è sviluppare una tecnologia di transistor di Dirac miniaturizzabile, sfruttando un’ampia gamma di materiali di Dirac bi- e tri-dimensionali (es. grafene e CoSi) e realizzare alcuni dimostratori. Gli ambiziosi obiettivi prestazionali includono di riuscire a variare la corrente dei transistori con circa la metà della variazione di tensione impiegata attualmente e di commutare lo stato del transistor con meno di 4 attojoule di energia. I dimostratori chiave si baseranno su grafene integrato con MoS2 e WSe2, nonché nuovi dispositivi con semimetalli di Dirac tri-dimensionali. La metodologia del progetto includerà lo sviluppo di moduli di processo del dispositivo e dei numerosi materiali. La modellazione al calcolatore con nuovi strumenti di simulazione svolgerà un ruolo chiave per valutare le diverse opzioni e fornire una road map per la tecnologia”.
La sensibilizzazione degli studenti alle affascinanti prospettive dell’elettronica di avanguardia e dei suoi contributi alla sostenibilità, oltre che la formazione di giovani ricercatori e la costruzione di una cooperazione internazionale promosse da questo progetto, miglioreranno la competitività dell’Europa nel settore dell’elettronica e dei semiconduttori.