Innovazione fa rima con applicazione

RICERCA –

Nel cuore dell’Europa, a Leuven, un centro di ricerca dimostra come sia possibile coniugare la ricerca pura nella microelettronica, con l’innovazione tecnologica e la realizzazione di soluzioni applicative che cambieranno il nostro modo di vivere.

Nato nel 1984 su impulso del governo belga, con un investimento iniziale di circa 60 milioni di euro, Imec è attualmente uno dei più importanti centri di ricerca mondiali nel settore della microelettronica con oltre 1600 dipendenti provenienti da tutto il mondo, sedi anche in Olanda, in Cina, in Giappone, a Taiwan e negli Stati Uniti, e con un giro d'affari superiore a 260 milioni di euro, generato per oltre l'80% da collaborazioni e cessioni di diritti alle principali aziende di microelettronica nel mondo. Un caso esemplare di successo nel coniugare la ricerca pura con le attività di sviluppo applicativo per trasferire competenze e innovazione all'industria e quindi ai mercati finali, testimoniato dagli oltre cento brevetti registrati mediamente ogni anno e dal numero di accordi che il centro vanta con tutti i colossi industriali (nessuno escluso) attivi nell'elettronica e nei settori affini.

Ricerca e produzione

Due sono i filoni principali su cui si concentrano le attività nel centro: da un lato le attività di ricerca vera e propria concentrate sullo studio della progressiva riduzione delle geometrie dei circuiti integrati verso il traguardo dei 32 nm e oltre, e quindi i processi (in particolare la litografia EUV e i relativi problemi) ma anche nuovi materiali (dielettrici high-k, metal gate, interconnessioni a basso k) e nuovi tipi di dispositivi (giunzioni ultra-shallow, FinFet), fino a ipotizzare nuove strade che permettano di superare i limiti fisici delle tecnologie Cmos, valutando substrati caratterizzati da una maggiore mobilità delle cariche, come il germanio e i materiali III-V oppure le possibilità offerte da nanotubi in carbonio, graphene ed elettronica spin-based.
In alternativa Imec è impegnata a offrire soluzioni basate su tecnologie allo stato dell'arte progettando ed eventualmente realizzando (anche su proprie linee produttive) dispositivi basati su soluzioni eterogenee: ad esempio transistor bipolari a eterogiunzione SiGe:C con geometrie 0.13 µm BiCmos, oppure una soluzione basata su poly-SiGe per integrare circuiti Mems su dispositivi Cmos. Il poly-SiGe si è dimostrato in grado di offrire le necessarie caratteristiche meccaniche ed elettriche a temperature molto inferiori rispetto a quelle del normale Poly-Si e può anche essere utilizzato come soluzione per il packaging del Mems a livello di wafer. Proprio ai temi del packaging e delle interconnessioni, Imec dedica una serie di programmi specifici che comprendono anche lo studio delle interconnessioni 3D dei chip, con collegamenti elettrici tramite fori passanti realizzati nella struttura planare del silicio stesso.

Le tecnologie multimediali del futuro

In ambito più applicativo Imec si dedica allo sviluppo delle tecnologie multimediali per i terminali mobili del futuro, ovvero dispositivi che potranno permettere di comunicare in qualsiasi momento e in qualsiasi situazione: terminali in grado di gestire varie modalità di trasmissione (WLAN, 3G/4G, 802.16e DVB-H) e vari tipi di contenuti (MPEG-2, MPEG-4, AVC/H.264 e Svc - Scalable video coding). Da ciò derivano i concetti di Sdr (Software defined radio) e cognitive radio. Una radio software defined, multimodale è un apparato in grado di operare con vari standard e vari modi di funzionamento (ad esempio TDM, FDM, constellation size, coding rate) con un hardware implementato in modo da offrire soluzioni dedicate per ognuno degli standard considerati. Tali apparati devono essere dotati di grande potenza e massima flessibilità basati su piattaforme multiprocessore che vengono mappate e riconfigurate dinamicamente come sistemi embedded.

Dal fotovoltaico al medicale

Altro settore di ricerca caratterizzato da notevoli sviluppi è quello del fotovoltaico, anche in virtù delle sempre più ricorrenti crisi di disponibilità o di prezzo delle fonti energetiche tradizionali. Secondo Imec, le celle solari in silicio monocristallino continuano ad essere la soluzione privilegiata dal mercato e la ricerca si concentra sulla possibilità di una graduale transizione verso celle sottili, con spessori fino a 40 µm, oppure celle monolitiche su supporti a basso costo. L'obiettivo è quello di ridurre il costo delle celle a un terzo del costo attuale, riducendo contemporaneamente di un ordine di grandezza il rapporto Si/Watt che attualmente prevede un uso di 10 grammi di silicio per Watt. La difficoltà consiste nel realizzare soluzioni compatibili con la produzione industriale su larga scala, inclusa la realizzazione tramite serigrafia delle metallizzazioni di contatto, ma è stata dimostrata sperimentalmente la possibilità di ottenere celle con uno spessore di 130 µm che garantiscono un'efficienza del 19 % con correnti pari a 40 mA/cm². Per quanto riguarda invece le celle in silicio policristallino, Imec sta sviluppando un processo proprietario di crescita epitassiale a basso costo che prevede l'uso di silicio industriale con l'inclusione di particolari tipi di riflettori di Bragg in silicio poroso; il risultato sono celle epitassiali di grandi dimensioni con un'efficienza prossima al 15%. Grande attenzione anche ai settori del biomedicale e della sensoristica, dove sono allo studio vere e proprie interfacce tra il cervello e i sistemi di elaborazione, tecnologie di diagnostica molecolare e dispositivi impiantabili.

Celle Rram nel futuro delle memorie

Individuare soluzioni che permettano di superare i limiti di scalabilità delle tradizionali architetture delle celle di memoria Flash. Secondo Imec una strada promettente è quella delle Ram resistive ovvero celle di memoria realizzate con materiali di cui è possibile modificare grazie a un segnale elettrico la resistività realizzando di fatto una commutazione. La ricerca si concentra, in questo caso, su celle che usano ossidi di metallo come commutatori, soprattutto per dimostrarne la possibilità di integrazione fino a oltre 25 nm. Sono allo studio anche soluzioni del tipo Fbc (Floating body cell) come sostitutivi di Dram e Sram embedded o stand alone.

Pubblica i tuoi commenti