Descrizione del modulo "Semiconduttori innovativi per elettronica di potenza ed Rf (MD.P05.003.001)"

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  • Descrizione del modulo "Semiconduttori innovativi per elettronica di potenza ed Rf (MD.P05.003.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I processi ed i dispositivi su SiC e GaN che verranno studiati trovano il loro potenziale impiego nel campo dell'efficienza e del risparmio energetico, della messa in sicurezza delle reti elettriche per una garantirne una maggiore stabilità, della conversione efficiente di energia nel campo del fotovoltaico e dell'eolico, della riduzione dei consumi nel campo dei trasporti (dispositivi bipolari ad altissima tensione) e dell'elettronica di consumo. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Sviluppo di processi e dispositivi su SiC (metallizzazioni su strati impiantati di tipo p ed n, nuovi processi di metallizzazioni da applicare a \"wafer thin technology in SiC\", barriere Schottky, dielettrici di gate avanzati, processi di post-oxidation-annealing). Studio di interfacce dielettrico/SiC per MOSFET ad elevata mobilità di canale Studio di interfacce metallo/SiC per diodi JBS. Sviluppo di contatti su Ge:doped 4H-SiC, e processing per rivelatori UV e di particelle. Sviluppo di processi e dispositivi Schottky ed HEMTs in GaN (metallizzazioni Au-free, processi di ossidazione locale, isolamenti per impiantazione, processi litografici, attacchi e crescite selettive per p-GaN, studio di metallizzazioni per p-GaN gates). Sviluppo di tecnologie innovative per HEMT normally-off. Studio di dielettrici di gate depositati per MOCVD e ALD su strutture MISHFET. Applicazione di tecniche di microscopia a scansione di sonda per la determinazione di proprietà fisiche a livello nanometrico, quali profili di portatori, proprietà di barriere Schottky, modifiche locali delle proprietà superficiali di SiC e GaN, interfacce dielettrico/SiC (GaN) o metallo/SiC(GaN). (literal)
Competenze
  • Sono presenti tutte le maggiori competenze relative alla fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi su semiconduttori ad ampia banda proibita, ed allo studio dei meccanismi di trasporto nel materiale e alle interfacce. Fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi in SiC: processing per metallizzazioni (contatti Ohmici su p-type ed n-type, barriere Schottky), processi litografici standard e con tecnologia lift-off, processing di strutture MOS e caratterizzazione di dielettrici di gate, stati di interfaccia, break down, drogaggio per impiantazione ionica e caratterizzazione degli strati. Fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi in GaN: processing per metallizzazioni (Ohmici e Schottky), processi litografici standard e con tecnologia lift-off, attacchi chimici con ICP, isolamento per impiantazione ionica, processi di ossidazione locale per dispositivi di potenza HEMT, processi tecnologici per HEMT normally-off, processing per strutture MIS e MISHFET, misure di mobilità e concentrazione in eterostrutture AlGaN/GaN, misure di trappole in strutture dielettrico/AlGaN/GaN, caratterizzazione di nuovi dielettrici ad alta permittività per GaN HEMTs. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Lo sviluppo di nuovi processi e lo studio degli aspetti critici riguardanti i dispositivi di potenza in semiconduttori ad ampia banda proibita permetterà all'industria nazionale collegata con la Commessa, prima tra tutti la STMicroelectronics di Catania ampliare il mercato di riferimento con la proposta di nuovi prodotti e nuove tecnologie. Le tematiche di ricerca trattate sono tutte ad alta tecnologia ed alto valore aggiunto. Pertanto l'attività della Commessa contribuisce al mantenimento in Italia di attività R&D e di processi produttivi di dispositivi in SiC e GaN. Alcuni argomenti trattati hanno proprio come obiettivo lo sviluppo di processi altamente compatibili con l'ambiente industriale per il processo produttivo dei dispositivi in silicio. Le competenze offerte sui processi e sulla caratterizzazione avanzata sono di cruciale importanza per lo sviluppo di dispositivi di potenza in SiC e GaN e tridimensionali in Si. L'apporto di queste competenze si è infatti rivelato determinante per l'industria collegata ed è stato alla base di una proficua collaborazione tuttora in corso. (literal)
Tecnologie
  • Realizzazione di dispositivi e di strutture per caratterizzare semiconduttori ad ampia banda proibita (tramite litografie, attacchi chimici, deposizioni di metalli e dielettrici, isolamenti, ossidazioni, processi di lift-off, annealing, ...). Realizzazione di dispositivi e strutture test su altri materiali. (literal)
Obiettivi
  • In sintesi, i principali obiettivi a breve termine del modulo sono: Sviluppo e studio di processi per MOSFETs e JBS in 4H-SiC. Sviluppo e studio di metallizzazioni alternative per strati impiantati di tipo p ed n in SiC (per JBS e MOSFET) e strutture drogate con Ge. Studi preliminari per dielettrici alternativi all'SiO2 per tecnologia SiC e GaN. Studio di metallizzazioni per contatti di gate per e-mode HEMTs con p-GaN. Realizzazione e caratterizzazione strutture MISHFET su GaN con dielettrici ad alta permittività. I suddetti obiettivi sono il punto di partenza per la definizione di targets a più lunga scadenza quali: Realizzazione e caratterizzazione di enhancement mode (normally-off) HEMT in GaN con tensione di soglia di 2 V e tecnologia Au-free. Realizzazione e caratterizzazione di nuovi dispositivi in SiC (MOSFET con tecnologia trench e diodi bipolari). Realizzazione di diodi JBS di nuova generazione con metallizzazioni innovative. (literal)
Stato dell'arte
  • In campo internazionale l'attività di ricerca sul SiC è indirizzata al miglioramento delle prestazioni dei dispositivi in termini di efficienza energetica (power losses) ed affidabilità. Di particolare interesse scientifico sono pertanto gli studi delle interfacce ossido/SiC (blocco fondamentale costituente i MOSFETs) e le interfacce metallo/semiconduttore, quali contatti Ohmici e Schottky su zone n e p (importanti sia diodi JBS che per MOSFETs). Per quanto riguarda il GaN, sebbene le proprietà del materiale non siano allo stesso livello di maturità di quelle del SiC, il materiale attualmente disponibile è di qualità adeguata per lo sviluppo di HEMTs (sono già stati dimostrati dispositivi HEMT in GaN su substrati di silicio da 200mm di diametro). In questo campo, tra le maggiori sfide di interesse scientifico-tecnologico si annoverano lo sviluppo di una tecnologia Au-free per E-mode HEMTs (normally-off) e lo studio di dielettrici innovativi per ridurre i consumi ed ottimizzare i dispositivi MISHFETs (in termini di leakage, current collapse, Vth). Le attività del modulo sono incentrate proprio sulle suddette tematiche, cruciali per SiC e GaN. (literal)
Tecniche di indagine
  • Realizzazione di test pattern (TLM, VdP, C-TLM, strutture Hall,….) e dispositivi (MOS, diodi Schottky e p-n, transistori HEMTs, MISHFETs, strutture per misure RF, etc.). Per la realizzazione dei dispositivi ci si avvale della Clean Room e della strumentazione in essa presente. Caratterizzazione elettrica dei dispositivi realizzati (misure di barriere Schottky, resistenze di contatto, stati di interfaccia, Fowler-Nordheim, mobilità, concentrazione di portatori, permittività, breakdown, intrappolamento di carica, etc.). (literal)
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