L’evoluzione della telefonia grazie al nitruro di gallio

Il GaN, ovvero nitruro di gallio, è il materiale del futuro: valorizzato nell’ultimo ventennio, permette di realizzare transistor che convertono e controllano l’energia elettrica con elevatissima efficienza. Fra i campi di utilizzo ci sono le applicazioni per la telefonia cellulare dalla quinta generazione in poi. Se ne occupa l’H2020 Ecsel “5G_GaN2” (www.5ggan2.eu), un progetto ormai in chiusura guidato dall’Ums francese, con 17 partner fra cui Fraunhofer, Leti, III-VLab. Il 5G promette, quando sarà pienamente sviluppato, la concretizzazione del cosiddetto “Internet of Things”, con l’accesso alla rete di miliardi di oggetti che dialogano fra loro. Serve un salto in termini di velocità di trasmissione dei dati, con conseguenze tecnologiche sia per il dispositivo sia per i materiali di cui è fatto: urge raggiungere la potenza necessaria consumando quanta meno energia possibile, ed ecco perché diventa cruciale il GaN, utilizzato anche per realizzare nuove antenne “intelligenti”, in grado di orientare il fascio di trasmissione per direzionarlo verso l’utente, con densità di potenza elevata e un grande miglioramento di efficienza. Di questo si occupa il progetto, che parte dal materiale per arrivare all’applicazione preindustriale: ma i nuovi componenti vanno comunque sempre testati, per capirne l’affidabilità. Per questo fra i partner ha un ruolo fondamentale il gruppo di Microelettronica del Dipartimento dell’Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Padova, coordinato dal professor Enrico Zanoni. Uno staff che da più di trent’anni, all’avanguardia europea, si occupa di tre filoni di ricerca: progettazione di circuiti integrati in tecnologia Cmos (con Andrea Bevilacqua, Andrea Neviani e Daniele Vogrig); studio degli effetti delle radiazioni ionizzanti su componenti e circuiti elettronici (Simone Gerardin, Marta Bagatin e Alessandro Paccagnella), e valutazione di componenti elettronici in semiconduttori composti (Matteo Buffolo, Carlo De Santi, Gaudenzio Meneghesso, Matteo Meneghini, Fabiana Rampazzo e lo stesso Enrico Zanoni), elettronica organica (Andrea Cester). Il coinvolgimento nel progetto ha riguardato proprio la verifica delle varie soluzioni. “Il punto chiave è l’interazione fra materiale e dispositivo - sottolinea Zanoni - Andare a frequenze più alte vuol dire ridurre le dimensioni, e il disegno di materiale e dispositivo va adattato a esse. Il progetto ha esplorato diverse opzioni per la realizzazione dei transistor, e noi abbiamo messo a confronto le diverse soluzioni identificando quelle ottimali, che in futuro dovrebbero consentire il raggiungimento delle specifiche necessarie per realizzare sistemi di trasmissione che funzionino in tempo reale”.