Descrizione della commessa "Materiali autoassemblanti per applicazioni nanotecnologiche (MD.P05.025)"

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  • Descrizione della commessa "Materiali autoassemblanti per applicazioni nanotecnologiche (MD.P05.025)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Nel corso degli ultimi anni si è assistito a una diffusione pervasiva di dispositivi microelettronici in prodotti di largo consumo nei settori tecnologici più disparati, spaziando dall'entertainment, all'automotive, al biomedicale. Allo stesso tempo si è assistito alla diffusione di dispositivi portatili (laptop, telefoni, riproduttori musicali, Tablet PC) che consentono all'utente di svolgere attività lavorative e/o ricreative ovunque esso si trovi. Questo ha portato ad una richiesta sempre crescente di maggiore capacità di calcolo dei dispositivi logici per permettere di svolgere operazioni nuove e sempre più complesse. Da questo punto di vista lo sviluppo di nuovi materiali, per la realizzazione di dispositivi dalle prestazioni sempre più elevate, risponde ad una richiesta diretta della società moderna. L'introduzione di tecniche di nano-fabbricazione basate sull'uso di materiali auto-assemblanti potrebbe rappresentare in tal senso uno strumento fondamentale, andando a fornire delle soluzioni a basso costo, per continuare a supportare tale incessante incremento delle prestazioni. (literal)
Strumentazione
  • L'attività di ricerca proposta richiede lo sviluppo e affinamento dei processi di autoassemblaggio e la loro successiva implementazione come strumenti per la fabbricazione di materiali funzionali nanostrutturati. A tal fine si rende necessaria l'integrazione di diverse tecniche di crescita/deposizione di ossidi, semiconduttori e metalli in forma di film sottili e/o nanostrutture, nonché l'impiego di strumentazioni avanzate per la loro caratterizzazione. Si prevede inoltre l'uso di apparecchiature di processo per fabbricare dispositivi di test finalizzati alla caratterizzazione funzionale dei materiali e delle nanostrutture fabbricate. Riportiamo di seguito l'elenco delle strumentazioni necessarie a condurre l'attività di ricerca raggruppate per categorie: - Processo: fotolitografia, litografia a fascio elettronico, cappe, forni per riscaldamenti in ambiente controllato, RTP. - Crescita: ALD, Evaporazione termica e da fascio elettronico, deposizione da sputtering - Caratterizzazione morfologica e strutturale: SEM, AFM, XRD/XRR, SE. - Caratterizzazione fisico-chimica: XPS, ToF-SIMS, FT-IR. - Caratterizzazione elettrica e funzionale: C-V, I-V, IPE. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Sulla base dei risultati conseguiti, le tematiche di ricerca della commessa sono state oggetto di una profonda revisione che ha portato ad una sostanziale rimodulazione dell'attività, focalizzandola su alcune specifiche tematiche legate allo sviluppo di nuovi materiali e tecnologie abilitanti, basate sull'uso di materiali auto-assemblanti per applicazioni in microelettronica, optoelettronica e fotovoltaico: 1) Sviluppo di processi litografici avanzati basati sui copolimeri a blocchi per la fabbricazione di nanostrutture con limitata dispersione in taglia, garantendo la possibilità di controllarne il posizionamento spaziale. 2) Controllo dell'energia superficiale mediante monostrati autoassemblati di materiale polimerico. 3) Processi di drogaggio deterministico dei semiconduttori basati sull'uso di monostrati autoassemblati e comprensione dei meccanismi di intrappolamento dei droganti in sistemi nanostrutturati. 4) Sintesi e caratterizzazione di nanostrutture conduttive mediante copolimeri a blocchi 5) Sintesi e caratterizzazione di materiali per applicazioni in celle fotovoltaiche di terza generazione, ovvero fabbricazione a basso costo di celle solari ad alte prestazioni. (literal)
Competenze
  • L'attività della commessa presuppone che il gruppo di ricerca possieda una serie di competenze interdisciplinari legate alla scienza dei materiali (crescita e caratterizzazione di film sottili, fabbricazioni di materiali nanostrutturati, sintesi e manipolazione di materiali polimerici), alla realizzazione di dispositivi elettronici (problematiche di ottimizzazione dei flussi di processo, tecniche di nanofabbricazione, processi di litografia elettronica), e alla fisica dei dispositivi elettronici. Le competenze del gruppo di ricerca in tali ambiti disciplinari sono di assoluto livello internazionale, come attestato dalle numerose pubblicazioni su riviste internazionali e dalla partecipazione a conferenze nel settore. Inoltre il gruppo di ricerca ha costruito negli anni una rete di collaborazioni all'interno e all'esterno dell'istituto in modo da accrescere e potenziare, ove richiesto, le competenze specifiche necessarie allo svolgimento di tale attività. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le attività di ricerca proposte saranno condotte facendo ricorso a tecniche di sintesi/deposizione e processi di fabbricazione completamente compatibili con l'attuale tecnologia del silicio (ossia con i processi produttivi utilizzati dall'industria microelettronica) o con metodologie innovative orientate verso una prospettiva post-Si CMOS. Da questo punto di vista le tecniche litografiche di nano-strutturazione basate sull'uso di copolimeri a blocchi sono perfettamente compatibili con i processi convenzionali dell'industria microelettronica come ampiamente dimostrato in letteratura. Si ritiene pertanto che le attività di ricerca sperimentale sullo sviluppo di processi di autoassemblaggio condotte all'interno della commessa possano contribuire non solo ad accrescere le conoscenze chimico-fisiche di base nel campo della scienza dei materiali e a sintetizzare nuovi materiali funzionali nanostrutturati, ma portare anche ad importanti ricadute tecnologiche già nel breve-medio periodo. (literal)
Obiettivi
  • 1) Sviluppo di processi litografici avanzati basati sui copolimeri a blocchi per la fabbricazione di nanostrutture di materiale semiconduttore o dielettrico con limitata dispersione in taglia, garantendo la possibilità di controllarne il posizionamento spaziale. 2) Studio della cinetica dei processi di grafting di diverse macromolecole e loro uso per il controllo dell'energia superficiale mediante monostrati autoassemblati di materiale polimerico. 3) Processi di drogaggio deterministico dei semiconduttori basati sull'uso di monostrati autoassemblati e comprensione dei meccanismi di intrappolamento dei droganti in sistemi nanostrutturati. 4) Sintesi e caratterizzazione di nanostrutture conduttive mediante copolimeri a blocchi 5) Sintesi e caratterizzazione di materiali per applicazioni in celle fotovoltaiche di terza generazione che punta alla fabbricazione a basso costo di celle solari ad alte prestazioni. (literal)
Stato dell'arte
  • Lo stato dell'arte dell'attività di ricerca nel settore dei dispositivi microlettronici è definito essenzialmente dalla necessità di sviluppare nuovi materiali, processi e dispositivi per affrontare i prossimi nodi tecnologici individuati dall'International Technology Roadmap for Semiconductors, seguendo cioè il percorso indicato dalla cosiddetta legge di Moore. Tale approccio richiede necessariamente lo sviluppo di nuove tecnologie abilitanti che consentano di sostenere questa progressiva rincorsa verso la miniaturizzazione dei dispositivi e l'incremento delle prestazioni. In tal senso i materiali auto-assemblanti possono rappresentare una soluzione tecnologica percorribile dall'industria microelettronica. Rimangono tuttavia aperte questioni fondamentali legate alla capacità di controllare tali materiali su scala nanometrica con processi semplici e veloci che garantiscano il livello di controllo richiesto dalle applicazioni microelettroniche. La comprensione dei meccanismi fisico-chimici che guidano i processi di autoassemblaggio è quindi fondamentale per la successiva integrazione di tali materiali in reali processi produttivi. (literal)
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