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 • 1854: Antonio Meucci stabilisce un collegamento tra il suo laboratorio e la sua abitazione con un rudimentale apparecchio elettronico • 1876: Alexander Graham Bell brevetta un primo apparecchio telefonico • 1904: John Ambrose Fleming realizza il diodo • 1907: Nascita dell’elettronica – Lee De Forest inventa il triodo • 1946: Viene realizzato ENIAC, calcolatore costituito da 18000 valvole termoioniche • 1947: Viene realizzato il primo transistor funzionante Indice ● ● ● ● ● 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 • • • • 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 ● ● ● ● 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 ● ● ● 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 ● ● ● 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 ● ● ● 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 • • • • 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 ● Forma allotropica del carbonio ● Struttura organica a forma di cilindro cavo ● Virtualmente monodimensionale ● Parete singola o parete doppia ● Resistente e flessibile Struttura grafene ● Strato monoatomico ● Reticolo esagonale ● Superficie piatta ● Resistente alla trazione meccanica Applicazioni ● ● ● ● ● ● ● 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 ● Lettura spin che causa il decadimento dello stato intermedio allo stato elementare (1 o 0) ● Errori di calcolo per interferenze elettromagnetiche ● 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 ● ● ● ● 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