Verso la nuova era dell’elettronica

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Dopo più di 50 anni di aumento in scala della densità e delle prestazioni dei transistor, stiamo entrando in una nuova era tecnologica, caratterizzata dalla diversità delle applicazioni e dalla connettività pervasiva. Guardando indietro, la tecnologia Cmos poneva la priorità su prestazioni e densità. L’industria tendeva a convergere verso piattaforme tecnologhe Cmos standard che servivano computer e laptop, e più di recente i dispositivi mobili intelligenti. Tuttavia, muovendoci verso una nuova era, l’Internet delle Cose Intuitivo (I2oT), prevediamo una crescita nello spazio delle applicazioni. Un ecosistema altamente connesso di centri di elaborazione dati, dispositivi mobili intelligenti e nodi di sensori richiederanno un drastico aumento della banda per la trasmissione dati. Allo stesso tempo, potrebbe emergere una tendenza verso l’hardware specializzato, con una varietà di sistemi elettronici ad alta efficienza energetica in grado di soddisfare una miriade di requisiti di prestazioni, fattori di forma e costi. Al posto di un’unica tecnologia di base, ci sarà più eterogeneità a livello di sistema.


L’evoluzione dei semiconduttori
La stessa tendenza è favorita dall’evoluzione del panorama dei semiconduttori. Da alcuni anni ormai si assiste a un consolidamento delle società che investono nelle tecnologie Cmos avanzate. Solo i principali attori sul mercato adottano i nodi tecnologici più avanzati, mentre la fetta più grande delle applicazioni si basa ancora sui nodi precedenti. È interessante osservare che le società che sviluppano sistemi iniziano a offrire prodotti basati su tecnologie che spaziano sull’intero spettro: dalle tecnologie di processo più datate alle tecnologie più avanzate. In questo modo, esse stanno personalizzando e specializzando le proprie soluzioni in base alle funzionalità, al costo e al fattore di forma. Questa nuova tendenza, che consiste nel combinare in modo flessibile e nell’abbinare le tecnologie per servire il sistema, dà luogo a nuove e crescenti sfide. Sfide in termini di prestazioni, consumi, costi e densità che scalano con le tecnologie di processo future.

Un programma basato su 3 piani d’azione
Da alcuni anni Imec risponde a questa tendenza adattando la strategia al proprio programma di sviluppo di dispositivi logici. Nel passato, quest’ultimo era caratterizzato da un singolo piano d’azione. Oggi, spinti dalla necessità di seguire strettamente l’innovazione progettuale, abbiamo uno scenario basato su più piani d’azione, articolato in tre segmenti: prolungamento della vita del silicio, oltre il Silicio e oltre il Cmos. Ciascuno di questi tre segmenti è caratterizzato dalla propria tabella di marcia in termini di miniaturizzazione, ma il loro obiettivo è lo stesso: introdurre moduli e dispositivi abilitanti che trovino collocazione in diversi spazi applicativi.

Progressi che vanno oltre il silicio
Come mostrato alla conferenza Iedm 2015, abbiamo compiuto un progresso significativo in tutti questi campi. Nell’ambito del prolungamento della vita del silicio, consideriamo la possibilità di estendere, in modo evolutivo, la miniaturizzazione ad esempio dei FinFet e dei transistor su nanofili. Nel 2015, abbiamo affrontato l’impatto deleterio degli effetti parassiti sulle prestazioni dei dispositivi, e abbiamo introdotto i dispositivi su nanofili senza giunzione. In questo modo, abbiamo spianato la strada per la realizzazione di dispositivi Cmos al silicio al di là del nodo tecnologico dei 5 nm. Per quanto riguarda il programma oltre il silicio, abbiamo introdotto materiali semiconduttori alternativi, come i materiali III/V e il Ge, per migliorare le funzionalità dei nostri dispositivi Cmos. All’Iedm, abbiamo presentato prestazioni da record sia per i Fet Gaa (Gate-All-Around) su nanofilo all’InGaAs, sia per i Fet ad effetto tunnel all’InGaAs (Tfet).

Nuovi paradigmi di calcolo
E infine, all’interno del nostro segmento più rivoluzionario, esploriamo al di là dei dispositivi Cmos. Oltre ai nuovi materiali e alle nuove architetture, stiamo considerando nuovi paradigmi di calcolo, anche in nuovi circuiti. Alcuni esempi sono dati dai dispositivi basati su materiali 2D e dalla spintronica. In quest’ultimo caso abbiamo confrontato di recente, attraverso una simulazione, due tipi di gate spintronici a maggioritari in termini di prestazioni, di consumo di potenza e di area. In termini di maturità, i segmenti oltre il silicio e oltre il Cmos sono i più lontani. Ma quando una di queste tecnologie, ad esempio quella Tfet, diventerà matura, potremo iniziare a pensare ad architetture eterogenee multi-dispositivo che combineranno sullo stesso chip dispositivi e sistemi basati su tecnologia Cmos con quelli oltre il silicio o oltre il Cmos. È compito di Imec rendere possibile questo ricco spettro di componenti abilitanti per tutti i nostri partner.

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