Descrizione della commessa "Dispositivi per elettronica di larga area (MD.P05.001)"

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  • Descrizione della commessa "Dispositivi per elettronica di larga area (MD.P05.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Lo sviluppo di dispositivi per elettronica di larga area ed in particolare su substrati flessibili offre la possibilità di realizzare sistemi sempre più adattabili alle esigenze delle applicazioni nomadiche quali e-book, e-paper, tags, display conformabili. Inoltre, la realizzazione di dispositivi elettronici su substrati plastici offre una vasta gamma di nuove applicazioni, quali ad esempio nel campo dei sensori ed attuatori di larga area per la realizzazione di sistemi biomedicali, nella robotica, nel campo dei dispositivi attivi e passivi integrati per applicazioni wireless, nel campo dei sistemi RFID. Lo sviluppo di celle solari di terza generazione ad alta efficienza rappresenta una grande aspettativa per la produzione a costi competitivi di energia da fonti rinnovabili. La crescente domanda di energia e le esigenze di contenere le emissioni di CO2 ha recentemente dato un forte impulso alle attività in campo fotovoltaico. Tali attività sono principalmente focalizzate su nuovi materiali (organici, nanostrutturati) e su architetture avanzate (celle multigiunzione, ibride, ecc.) dei dispositivi. (literal)
  • Lo sviluppo di dispositivi per elettronica di larga area è alla base della realizzazione di sempre più complessi sistemi per la visualizzazione, quali display a cristalli liquidi, a diodi emettitori organici, elettroforetici, in cui non solo la matrice di pilotaggio ma anche i circuiti di indirizzamento ed altre funzioni sono realizzati con tecnologia a film sottile. La presenza di display è ormai pervasiva nella tecnologia dell'informazione (personal computer, telefoni mobili, palmari, ecc.) e la possibilità di sistemi a basso costo e su substrati flessibili apre nuove opportunità applicative quali e-book, e-paper, tags, display conformabili. (literal)
Strumentazione
  • Si dispone delle attrezzature per i processi fotolitografici e di definizione mediante dry etching di film isolanti e semiconduttori amorfi o policristallini. Sono inoltre disponibili tecniche di crescita di film mediante plasma CVD ed ECR-plasma CVD, evaporazione di materiali organici, sistemi di deposizione di metalli sia mediante evaporazione termica che per sputtering. Un ruolo centrale tra le tecniche utilizzate è rappresentato dal sistema di laser annealing, che consente la ricristallizzazione di materiali amorfi e l'attivazione di specie droganti in semiconduttori. Nell'ambito delle tecniche di caratterizzazione sono disponibili 4 probe station per misure I-V e C-V in funzione della temperatura. Sono disponibili 2 spettrofotometri (Uv-Vis, FTIR) per l'analisi dei film depositati. Infine, si dispone di un programma di simulazione numerica bidimensionale per l'analisi delle caratteristiche elettriche dei dispositivi. (literal)
  • Si dispone delle attrezzature per i processi fotolitografici e di definizione mediante dry etching di film isolanti e semiconduttori amorfi o policristallini. Sono inoltre disponibili tecniche di crescita di film mediante plasma CVD ed ECR-plasma CVD, evaporazione di materiali organici, un sistema di ink-jet printing per realizzare dispositivi organici, sistemi di deposizione di metalli e ossidi semiconduttori sia mediante evaporazione termica che per sputtering. Tra i sistemi di annealing, oltre ai sistemi termici classici (forni, RTA), riveste un ruolo centrale per i processi sviluppati il sistema di laser annealing, che consente la ricristallizzazione di materiali amorfi e l'attivazione di specie droganti in semiconduttori. Nell'ambito delle tecniche di caratterizzazione sono disponibili 4 probe station per misure I-V e C-V in funzione della temperatura. Sono disponibili 2 spettrofotometri (Uv-Vis, FTIR) per l'analisi dei film depositati. Infine, si dispone di un programma di simulazione numerica bidimensionale per l'analisi delle caratteristiche elettriche dei dispositivi. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Obiettivi dell'attività sono lo sviluppo di dispositivi avanzati per applicazioni in elettronica di larga area, con processi a bassa temperatura su substrati flessibili, l'integrazione di processi di laser annealing per la formazione di giunzioni ultra-sottili. Questo obiettivo verra' perseguito attraverso la realizzazione di moduli di processo avanzati, dispositivi prototipali, tecniche di caratterizzazione e modellizzazione. (literal)
  • La commessa opera principalmente nel settore dei dispositivi avanzati per elettronica di larga area, e l'attività si è focalizzata recentemente sullo sviluppo di dispositivi e circuiti su substrati flessibili. Tale settore risulta uno dei campi emergenti dell'elettronica di larga area e trova grandi interessi industriali anche a livello nazionale (ST-Microelectronics). Nel corso degli anni la commessa ha sviluppato diverse piattaforme tecnologiche di transistor a film sottile (TFT) sia utilizzanti materiali inorganici (silicio poli- e micro-cristallino) che organici (pentacene, DNTT). I progetti attualmente in corso vedono utilizzate le tecnologie sviluppate per applicazioni in ambito sensori tattili per robotica, sensori di gas, array di microelettrodi per neurofisiologia, trasduttori acustici di tipo capacitivo, elettronica organica e applicazioni in campo fotovoltaico. Inoltre, lo spettro dei materiali utilizzati si è ampliato includendo materiali nanostrutturati, quali nanofili e nanotubi di silicio, ottenuti a bassa temperatura di processo mediante plasma CVD, per applicazioni in diversi campi, quali l'elettronica flessibile, le celle solari e i sensori. (literal)
Competenze
  • La commessa dispone di competenze nella realizzazione, caratterizzazione e simulazione, mediante analisi numerica bidimensionale, di dispositivi a film sottile. (literal)
  • La commessa dispone di competenze nei campi della progettazione, realizzazione, caratterizzazione e simulazione, mediante analisi numerica bidimensionale, di dispositivi elettronici ed optoelettronici a film sottile. In particolare, per quanto riguarda la crescita dei materiali, si dispone di competenze sia nel campo dei film sottili cresciuti mediante tecniche PECVD, che di materiali nanostrutturati, quali nanofili di semiconduttori. Tra le competenze che rappresentano un patrimonio specifico della commessa vanno menzionate quelle relative ai processi di annealing mediante laser ad eccimeri, utilizzati sia per la ricristallizzazione di materiali semiconduttori che per la per la formazione di giunzioni ultra-sottili. Tali competenze consentono di poter coprire l'intero arco di tematiche presenti nella realizzazione di dispositivi elettronici a film sottile, che vanno dagli aspetti di scienza dei materiali, sia semiconduttori che dielettrici, utilizzati nella realizzazione dei dispositivi, ai processi di microfabbricazione, alla progettazione e disegno di maschere per processi fotolitografici per finire con la caratterizzazione elettrica e l'analisi della fisica dei dispositivi. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • La tecnologia dei transistor a film sottile a silicio policristallino trova grande interesse nell'ambito della realizzazione di display a matrice attiva e di applicazioni di elettronica di larga area. Attualmente ST-Microelectronics ha dimostrato un forte interesse verso tale tecnologia, confermato dal contratto di ricerca che ci vede collaborare in questo settore. Nell'ambito del progetto FlexiDis, si sta collaborando con LETI e Philips allo sviluppo di una tecnologia di TFT su substrati flessibili per la realizzazione di display a matrice attiva. L'integrazione di processi di laser annealing nella realizzazione di dispositivi MOS di potenza, in collaborazione con ST-Microelectronics, ha già prodotto importanti risultati, consentendo l'ulteriore riduzione delle geometrie, ed è pensabile che tale processo possa effettivamente essere impiegato in produzione. (literal)
  • La tecnologia dei transistor a film sottile trova grande interesse nell'ambito della realizzazione di display a matrice attiva e di applicazioni di elettronica di larga area quali: smart user interface, che comprendono display, sistemi touch screen, touch keypad, ecc.; distributed ambient intelligence, sistemi di sensori includenti elettronica di controllo e RFID per la comunicazione dei dati per applicazioni in vari settori, dalla robotica al biomedicale e alla sicurezza. Attualmente ST-Microelectronics ha dimostrato un forte interesse verso tale tecnologia (ha coordinato il laboratorio pubblico-privato Plast_Ics ed attualmente gestisce il progetto PON Elettronica su Plastica per Sistemi \"Smart disposable\", due iniziative che vedono coinvolta la commessa). Lo sviluppo di celle solari di terza generazione, basate sia su film sottili che su materiali nanostrutturati come i nanofili di silicio, rappresenta una grande sfida per migliorare e rendere sempre più competitivo il fotovoltaico sul mercato della produzione energetica. La commessa partecipa ad un progetto PON sul fotovoltaico guidato da STMicroelectronics. (literal)
Tecnologie
  • L'analisi numerica bidimensionale, attraverso programmi commerciali (DESSIS) o sviluppati in casa, è ampiamente utilizzata per lo studio delle caratteristiche elettriche dei dispositivi a film sottile realizzati. (literal)
  • L'analisi numerica in 2 e 3 dimensioni, attraverso programmi commerciali (SENTAURUS, TCAD SYNOPSYS COMSOL) o sviluppati in casa, è ampiamente utilizzata per lo studio delle caratteristiche elettriche dei dispositivi a film sottile realizzati. Aspetti di particolare interesse affrontati nella fisica dei transitor a film sottile sono: effetti di hot-carrier; effetti di canale corto; kink effect; self-heating; stabilità elettrica. (literal)
Obiettivi
  • Obiettivo generale delle attività della commessa è lo sviluppo di tecnologie e dispositivi avanzati per applicazioni in ambito dell'elettronica di larga area, con particolare attenzione ai processi a bassa temperatura per la realizzazione di dispositivi su substrati polimerici. Obiettivi specifici delle attività attualmente in essere sono lo sviluppo di sensori flessibili in ambito robotico, biomedicale e per il controllo ambientale, che di celle solari, sia a film sottile su substrati flessibili che di terza generazione basate su materiali nanostrutturati. Tali obiettivi verranno perseguiti attraverso la realizzazione di moduli di processo avanzati, dispositivi prototipali, un continuo aggiornamento delle tecnologie e caratterizzazione dei dispositivi realizzati. Inoltre, verranno sviluppati nuovi materiali per applicazioni sia in ambito elettronico, quali materiali organici, che optoelettronico, quali i nanofili di Silicio. Inoltre, per quanto riguarda lo sviluppo di materiali nanostrutturati, si prevede di ottenere materiali allo stato dell'arte e di realizzare con gli stessi prototipi di dispositivi (celle solari di terza generazione e sensori) di nuova concezione. (literal)
  • Obiettivo generale delle attività è lo sviluppo di tecnologie e dispositivi avanzati per applicazioni in ambito dell'elettronica di larga area (con processi a bassa temperatura su substrati flessibili) e dispositivi di potenza. Questo obiettivo verra' perseguito attraverso la realizzazione di moduli di processo avanzati, dispositivi prototipali, un continuo aggiornamento delle tecnologie e caratterizzazione dei dispositivi realizzati. (literal)
Stato dell'arte
  • L'applicazione dell'elettronica di larga area su substrati flessibili rappresenta uno dei settori emergenti della Information and Communication Technologies e deve il suo successo al rapido sviluppo della tecnologia dei transistor a film sottile (TFT). In particolare, sono stati recentemente ottenuti notevoli progressi nella realizzazione di display OLED su substrati plastici, come dimostrato da Sony e Samsung. Diverse piattaforme tecnologiche consentono oggi la realizzazione di matrici attive per e-paper e per la realizzazione di sensori ed attuatori su larga area, come la e-skin. Inoltre, le stesse tecnologie consentono lo sviluppo di celle solari su substrati flessibili, di grande interesse per le applicazioni nomadiche. Infine, l'introduzione di nuovi materiali nanostrutturati, come i nanofili ed i nanotubi di silicio, offrono la possibilità di migliorare le performance dei dispositivi connessi all'elettronica flessibile, dai TFT alle celle solari ai sensori. Tuttavia, sono ancora molti gli aspetti poco conosciuti relativi alla crescita dei nanofili di silicio a basse temperature, compatibili con i substrati flessibili tipici delle tecnologie su larga area. (literal)
  • Tra i settori emergenti della Information and Communication Technologies rientra la Large Area Electronics (LAE). Il settore della LAE deve il suo sviluppo alla tecnologia dei transistor a film sottile e attualmente i display a schermo piatto sono l'applicazione di maggiore successo. Di particolare interesse sono la realizzazione di display su substrati plastici e l'elettronica a basso costo utilizzante semiconduttori organici. Tali tecnologie richiedono lo sviluppo di processi a bassa temperatura per la realizzazione dei dispositivi e notevoli progressi sono stati effettuati in questi ultimi anni. Ad esempio nell'ambito del progetto Europeo Flexidis, al quale la commessa partecipa, sono stati realizzati dei prototipi di display flessibili su poliammide, che aprono nuove frontiere per applicazioni quali la telefonia mobile o l'e-book. (literal)
Tecniche di indagine
  • Si dispone di tecniche per la caratterizzazione elettrica di dispositivi a semiconduttore sia in DC che in frequenza per lo studio, ad esempio, di fenomeni quali quelli indotti da portatori caldi, instabilità elettrica, processi di self-heating. Per la maggiore comprensione di tali fenomeni i risultati sperimentali sono analizzati attraverso simulazione numerica bidimensionale. La combinazione di risulati sperimentali e simulazione numerica consente di comprendere in maniera dettagliata il comportamento dei dispositivi e di sviluppare nuove architetture per l'ottimizzaione delle caratteristiche dei dispositivi. (literal)
  • Si dispone di tecniche per la caratterizzazione elettrica di dispositivi a semiconduttore sia in DC che in frequenza per lo studio, ad esempio, di fenomeni quali quelli indotti da portatori caldi, instabilità elettrica, processi di self-heating. Per la maggiore comprensione di tali fenomeni i risultati sperimentali sono analizzati attraverso simulazione numerica bidimensionale. La combinazione di risulati sperimentali e simulazione numerica consente di comprendere in maniera dettagliata il comportamento dei dispositivi e di sviluppare nuove architetture per l'ottimizzaione delle caratteristiche dei dispositivi. Sono inoltre disponibili una serie di tecniche diagnostiche per i film sottili per la caratterizzazione delle proprietà ottiche (spettrofotometri UV/VIS, IR, ellissometria), delle proprietà elettriche (conducibilità in funzione di T) e delle propietà morfologiche tramite SEM e AFM. (literal)
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