nanoelettronica - Scienza Attiva

NANOELETTRONICA
Gruppo: Antolini, Padovani, Pomari, Signorini, Tesini, Viviani
La nanoelettronica è la parte dell’elettronica relativa alla
progettazione, costruzione e applicazione di circuiti
miniaturizzati.
Si occupa dell’utilizzo delle nanotecnologie nei componenti
elettronici, in particolare nei transistor.
Lavora nell’ordine delle decine di nanometri (10 nm).
Primi passi
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1854: Antonio Meucci stabilisce un collegamento tra il suo laboratorio e la
sua abitazione con un rudimentale apparecchio elettronico
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1876: Alexander Graham Bell brevetta un primo apparecchio telefonico
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1904: John Ambrose Fleming realizza il diodo
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1907: Nascita dell’elettronica – Lee De Forest inventa il triodo
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1946: Viene realizzato ENIAC, calcolatore costituito da 18000 valvole
termoioniche
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1947: Viene realizzato il primo transistor funzionante
Indice
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Triodo
Transistor
Foled
Nanoconduttori
Computer quantistici
Triodo
Valvola termoionica: primo componente elettronico che grazie ad una fonte
esterna di energia fornisce in uscita un segnale di potenza amplificato.
Consiste in un involucro di vetro, metallo o ceramica nel quale è praticato il
vuoto.
Resistenza di
carico
Anodo +
+
-
-
Griglia
Catodo
Impiego in alta fedeltà
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Elevata musicalità
Costosi
Pesanti (15kg)
Suono più morbido
Gli amplificatori valvolari alterano le
asprezze delle moderne registrazioni
digitali rendendo l’ascolto più
gradevole.
TRANSISTOR
Transistor
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Dispositivo composto da un materiale semiconduttore
Formato da tre terminali: base, collettore ed emettitore
Due tipi: transistor a giunzione bipolare e transistor a effetto di campo
Due funzioni: amplificatore e interruttore
Transistor a giunzione bipolare
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Composto da tre strati di un materiale semiconduttore drogato
Doppia giunzione p-n
3 terminali: base(B), collettore(C) e emettitore(E)
Transistor a effetto di campo
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Composto da uno strato di materiale semiconduttore drogato
Quattro terminali: una porta, una sorgente, un pozzo ed un substrato
Largamente impiegato nel campo dell’elettronica digitale
Giunzione p-n
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Meccanismo che separa le parti di un semiconduttore
Composta da due parti: strato n, strato p
2 tipi di drogaggio
FOLED e display flessibili
FOLED
(Flexible Organic Light Emitting Device)
Dispositivo di emissione di luce organica (OLED), costruito su un materiale a
base flessibile.
Da cosa è formato?
• Composto da molti strati sovrapposti di polimeri conduttivi organici (nel senso
chimico)
• Viene attivata un’attrazione tra particelle caricate positivamente (+) e
negativamente (-)
✓ Viene fornita energia
✓ L’energia passa dal catodo (-) all’anodo (+)
✓ Stimola il materiale organico
✓ Produce luce visibile attraverso lo strato di copertura
Come funziona?
I display FOLED conducono
corrente solo in una direzione,
comportandosi quindi in modo
simile ad un diodo. Ecco quindi
spiegato il nome FOLED, per
analogia con i LED.
Caratteristiche
• Forma ultra leggera
• Durezza
✓ Resistenza
• Flessibilità
✓ Arrotolabile
✓ Pieghevole
✓ Indossabile
• Elaborazione redditizia
✓ Costi ridotti in futuro
✓ Consumi molto bassi
Quali sono i vantaggi del foled rispetto a
LCD, LED e plasma?
✓ Colori più brillanti e luminosi
✓ Contrasto colori elevatissimo
✓ Angolo di visuale illimitato
✓ Tempi di risposta molto più rapidi
Dispositivi in cui viene utilizzato
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Smartphone
Computer
Schermi a parete
Display vari
• Pannelli fotovoltaici
✓ Un ulteriore utilizzo di questi materiali flessibili viene impiegato anche
nei sistemi di energie rinnovabili, come ad esempio i pannelli fotovoltaici
Nanoconduttori
Tipologie
● Nanotubi conduttori e
semiconduttori
● Grafene
Struttura nanotubi
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Forma allotropica del carbonio
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Struttura organica a forma di cilindro cavo
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Virtualmente monodimensionale
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Parete singola o parete doppia
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Resistente e flessibile
Struttura grafene
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Strato monoatomico
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Reticolo esagonale
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Superficie piatta
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Resistente alla trazione meccanica
Applicazioni
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Rinforzo materiali ad alte prestazioni
Realizzazione di chip sempre più piccoli
Prestazioni maggiori
Utilizzi riguardanti LED, attuatori, laser …
Sviluppo batterie innovative
Realizzazione interfacce neuro-informatiche
Realizzazione transistor ad alta frequenza
Computer Quantistico
Eseguire calcoli attraverso la lettura
di stati quantistici di un atomo
Chip da 128 qubit
Lettura dello spin
di un atomo
Costruzione qubit: unità base di
elaborazione dei computer quantistici
Lo spin di un atomo è la
rotazione della particella
attorno al proprio asse
rotazione: 1
0
up
down
Attraverso la sovrapposizione
dello stato up e down è possibile
ottenere stati intermedi
Il qubit può assumere
valori intermedi tra 0 e 1
Capacità di elaborazione
notevolmente
incrementata rispetto agli
odierni computer
Problematiche di realizzazione
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Lettura spin che causa il decadimento
dello stato intermedio allo stato
elementare (1 o 0)
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Errori di calcolo per interferenze
elettromagnetiche
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Mantenimento stato di spin per un
tempo sufficiente alla lettura
Computer quantistico acquistato da
Google, NASA e una università americana
dall’azienda canadese D-Wave
Possibili applicazioni
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Criptazione
Sviluppo farmaci basati sulla genomica
Apprendimento AI
Interpretazione dati meteorologici per previsioni
Conclusione
In questa presentazione abbiamo trattato solo alcuni esempi di applicazione
della nanoelettronica. Potrebbe essere interessante conoscerne di più come:
●
Sistemi cross-bar in silicio integrati con molecole organiche (possibili
applicazioni come memorie ad alta densità)
●
Sistemi molecolari rotaxiani che possono assumere configurazioni
morfologiche diverse a seconda della differenza di potenziale applicata