Un team di ricercatori dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn) e l’Istituto per la microelettronica e microsistemi (Imm) del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr), in collaborazione con le Università di Marsiglia e Dresda, ha dimostrato come, sfruttando una naturale instabilità dei materiali sottili a semiconduttore come il silicio, si possano controllare in modo preciso e indipendente le dimensioni, la posizione, la direzione e le interconnessioni di nano-fili ottenuti direttamente su un substrato isolante. I risultati sperimentali sono stati confrontati con simulazioni teoriche, rendendo chiaro il meccanismo di formazione delle nanostrutture.

Nella ricerca, pubblicata su “Nature Communications”, viene poi descritta un’applicazione di questi wires come transitor (nome dei dispositivi su cui si basa la microelettronica), la cui importanza risiede nella dimensione di queste strutture che soddisfano perfettamente le esigenze dei dispositivi nanometrici funzionanti nel range spettrale del medio infrarosso. “I circuiti realizzati su larga scala con materiale semiconduttore, privi di difetti e con interconnessioni controllate rappresentano il nesso tra componenti elettronici e fotonici.

Nanostrutture sottili, simili a fili (denominati nano-wires), realizzate su silicio presentano proprietà elettroniche e ottiche superiori e configurabili rispetto agli stessi materiali depositati su film continui”, spiega Monica Bollani ricercatrice Cnr-Ifn e coordinatrice dello studio. “Il loro dirompente potenziale è stato dimostrato in fotonica (ad es. come componentistica per laser o in ottica quantistica), in elettronica, nelle applicazioni termoelettriche o nella sensoristica per il rilevamento di gas. Per questi motivi, le attività di ricerca per la loro realizzazione sono state affrontate con una moltitudine di tecniche che mirano alla produzione di strutture controllate e ultra lunghe, dovendo rispondere alle esigenze di alto rendimento, di scalabilità (ad esempio, l’integrazione di un gran numero di dispositivi sullo stesso nanowires) e qualità del materiale (ad es. interfacce fluide)”.

“In quest’ottica, la gamma di approcci disponibili per la crescita di nanofili è aumentato costantemente nel tempo, sia usando un approccio top-down tramite tecniche di nanolitografia, che al trasferimento di nanowires cresciuti da super-reticoli semiconduttori ottenuti via bottom up. Tuttavia, il pieno controllo sulla loro morfologia, dimensioni, posizione, direzione, interconnessione ma anche isolamento elettrico rimane una sfida poiché le tecniche attuali non sono versatili e spesso richiedono molti step di fabbricazione per l’implementazione dei wires semiconduttori. Con questa ricerca, viene quindi dimostrata una tecnica che permette un’efficace integrazione di dispositivi elettronici e fotonici sulla stessa piattaforma a base di silicio”. 

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