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Giorgio Baccarani

Professore emerito

Alma Mater Studiorum - Università di Bologna

Professore a contratto

Dipartimento di Ingegneria dell'Energia Elettrica e dell'Informazione "Guglielmo Marconi"

Professore a contratto a titolo gratuito

Dipartimento di Ingegneria dell'Energia Elettrica e dell'Informazione "Guglielmo Marconi"

Temi di ricerca

Parole chiave: modelli fisici nuovi concetti di dispositivo transistori a dimensione nanometrica simulazione numerica dei dispositivi elaborazione quantica

Il continuo miglioramento delle prestazioni dei sistemi elettronici per l’elaborazione dell’informazione si è storicamente basato sulla riduzione delle dimensioni fisiche dei dispositivi a semiconduttore. Attualmente, tali dimensioni, dell’ordine di una decina di nanometri, hanno raggiunto alcuni dei limiti fondamentali dei materiali e dei processi di fabbricazione. Pertanto, è nata una stringente necessità di nuovi materiali, nuovi concetti e nuove strutture, che permettano di proseguire l'evoluzione tecnologica. I principali candidati sono, da un lato, i materiali bidimensionali, come il grafene o il solfuro di molibdeno e, dall’altro, architetture CMOS multi-gate, non necessariamente basate su silicio, che garantiscano un minor consumo di potenza e, possibilmente, migliori prestazioni.

  1. La prima linea di ricerca condotta nel mio gruppo di appartenenza affronta alcuni degli aspetti precedentemente illustrati, attinenti alla innovazione tecnologica di medio-lungo periodo, e si propone di investigare nuovi concetti di dispositivo, come il transistore ad effetto tunnel banda a banda (BTB-TFET), il transistore bipolare con base in grafene (GBT), e il transistore a super-reticoli (SL-FET). I primi due dispositivi sono studiati nell’ambito di due progetti europei.
  2. La seconda linea di ricerca studia alcuni effetti fisici che sono divenuti sempre più importanti per una predizione accurata delle prestazioni dei dispositivi, come gli effetti di confinamento quantistico in strutture a dimensione nanometrica, l’effetto tunnel banda a banda e “source-to-drain”, e il trasporto quasi-balistico, che rende obsoleti i modelli classici di trasporto. Persegue inoltre la implementazione dei relativi modelli in strumenti di simulazione numerica sviluppati internamente. I simulatori commerciali sono oggi ampiamente utilizzati per l’ottimizzazione dei dispositivi in ambito industriale. Tuttavia, essi sono tuttora privi di modelli adeguati di importanza strategica per dispositivi di nuova concezione. Fra questi, l’estensione dei modelli di simulazione a materiali diversi dal silicio è tuttora un tema in fase di sviluppo nell’ambito di un altro progetto europeo.
  3. Finalmente, le dimensioni fisiche estreme dei singoli dispositivi hanno aperto la strada alla possibile applicazione della meccanica quantistica alla teoria dell’informazione. L’obiettivo di questa ricerca, per la quale è stato formulato un progetto sottoposto alla Commissione europea, è quello di dimostrare la fattibilità di un sistema fisico a stato solido che possa realizzare processi di computazione reversibili, e non dissipativi, come quelli utilizzati nelle applicazioni digitali. Studi algoritmici hanno dimostrato la potenzialità di un ipotetico computer quantico di superare i limiti dei sistemi classici per la soluzione di problemi np-completi. Esso richiederebbe infatti un tempo di elaborazione crescente con legge polinomiale, e non esponenziale, in funzione della complessità del problema.

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