L’evoluzione e il futuro del transistor

Possiamo considerare il transistor come una delle più influenti invenzioni dell’ultimo secolo? Pensando ai nostri smartphone, laptop, tablet, televisori e ad ogni elettrodomestico o macchina che ci possa venire in mente la risposta non può che essere affermativa. Il transistor è una delle invenzioni che hanno maggiormente contribuito all’evoluzione dell’elettronica e ancora oggi la ricerca su queste componenti sta aprendo a nuove prospettive tecnologiche.

Ma cos’è nello specifico un transistor?  È di base un amplificatore di segnale o corrente, ma può essere considerato anche come un mero interruttore.
I transistor sfruttano le caratteristiche fisiche di determinati materiali semiconduttori che, se assemblati a tre strati uno sull’altro, permettono il controllo della conduttività elettrica mediante una tensione applicata a due estremi.
Potremmo dire che un transistor si comporta in maniera da variare la corrente che lo attraversa in funzione della tensione a cui viene sottoposto.

La storia. L’invenzione del transistor valse il premio Nobel per la fisica a Walter Brattain, John Bardeen e William Shockley nel 1956. I tre, infatti, scoprirono il cosidetto”effetto transistor”, ottenuto sovrapponendo strati di germanio e silicio tra loro e facendoli attraversare da una corrente. È probabile che i tre fisici non avessero ancora ben chiara la potenzialità di quella scoperta che, ai tempi, veniva prevalentemente utilizzata nelle “radioline” FM, ma che negli anni a seguire ha radicalmente aperto le porte alla microelettronica. La diffusione di tale innovazione è stata così dirompente che, dal 1950 ad oggi, abbiamo stampato circa un sestilione (ovvero un uno seguito da ventuno zeri) di transistor.

Ma i numeri, piccoli o grandi che siano, non suscitano stupore se non vengono paragonati ad altre quantità.
Bene, per fare qualche esempio, le stelle presenti nella via Lattea ammontano circa a 200 miliardi: quindi possiamo dire che vi sono mille volte più transistor sul pianeta Terra che stelle presenti nella via Lattea. Altra analogia: nel corpo umano sono stimate circa 100 trilioni di cellule ovvero un uno seguito da quattordici zeri: cifra decisamente inferiore rispetto al sestilione di transistor citato poco sopra.

Dalla radiolina agli smartphone. A soli 10 anni dalla scoperta dei transistor, si è ipotizzato che la capacità di elaborazione di tali componenti sarebbe potuta raddoppiare ogni diciotto mesi. Questa considerazione, passata alla storia come la prima legge di Moore, si rivelò corretta: dalla famosa “radiolina” ai primi circuiti integrati, passando per le porte logiche (che possiamo definire come le operazioni del sistema binario), l’evoluzione è stata velocissima.

E fu nel 1970 che la Intel produsse, grazie a nuove tecnologie di produzione quali la litografia, il primo processore e la prima memoria integrata la cui base di elaborazione e immagazzinamento di dati furono proprio i transistor al silicio. Ma il livello di integrazione e miniaturizzazione di queste componenti è cresciuto nel corso degli anni, passando da poco meno di cento a un milione di elementi per unità di superficie, e i  processi di fabbricazione sono accelerati ulteriormente grazie all’ impiantazione ionica.

Ma non è finita qui: l’evoluzione dei sistemi produttivi di tali elementi, le costanti ricerche e sperimentazioni in questo campo ci portano oggi dei modelli di transistor “tri-gate” o transistor 3D che permettono di inserire più di 100 milioni di transistor sulla testa di uno spillo riducendo, al tempo stesso, l’assorbimento energetico e di conseguenza la potenza consumata da ciascun elemento.

Il futuro dei transistor è legato ai superconduttori? Se fino ad oggi abbiamo pensato ai transistor come elementi a base di silicio, oggi è possibile fare un passo avanti grazie all’utilizzo dei superconduttori, materiali in grado di non dissipare energia in quanto la loro resistenza al passaggio di carica diventa praticamente nulla quando operano in specifiche condizioni di temperatura.

Questa direzione tecnologica permetterà di produrre transistor mediante Alluminio e Titanio, materiali ricchi in natura, a basso costo e interamente metallici: caratteristica non certo da sottovalutare quando si considerano variabili quali conducibilità elettrica, riscaldamento e campi elettrici.

A questo punto sorge una domanda credo lecita: l’evoluzione dei transistor ha un limite? Arriveremo ad un punto oltre il quale sarà impossibile spingersi?