Descrizione del modulo "Tecniche spettroscopiche e optoelettroniche per lo studio di superfici e interfacce (MD.P03.026.003)"

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  • Descrizione del modulo "Tecniche spettroscopiche e optoelettroniche per lo studio di superfici e interfacce (MD.P03.026.003)" (literal)
Tematiche di ricerca
  • Nel presente modulo si intende sviluppare una applicazione innovativa della tecnica dei plasmi prodotti con scariche a barriere (DBD) per il trattamento di superfici di semiconduttori, nello specifico Si, di interesse nell'optoelettronica. Il progetto riguardera' varie tematiche complementari tra di loro; primo fra tutti, la diagnostica del processo di plasma con l'ottimizzazione dei parametri della scarica in relazione alla attivazione/funzionalizzazione della superficie di Si che si intende ottenere; poi, la verifica della modifica attraverso le caratterizzazioni elettriche, ottiche, morfologico-strutturali e chimico-fisiche grazie alle competenze presenti nel presente progetto. Non ultima si affrontera' la tematica relativa alla costruzione e studio del trasporto attraverso interfacce ibride molecola/Si dove la superficie di Si sarà opportunamente modificata da scariche DBD. (literal)
Competenze
  • Progettazione e realizzazione di scarica a barriera dielettrica in diverse configurazione di scarica (Volume/superficie). Diagnostiche spettroscopiche ottiche e laser di radicali e specie attive (LIF/CRDS/TALIF/OODR LIF). Studi delle cinetiche elementari dei processi della fase plasma. Analisi dello stato chimico/fisico della superficie con tecniche fotoelettroniche (XPS) Analisi con tecnica ad angolo di contatto dello stato idrofobo/idrofillico della superficie Analisi spettroscopiche con radiazione di sincrotrone di superfici ed interfacce. Analisi del trasporto elettronico all'interfaccia metallo/semiconduttore e metallo/molecola/semiconduttore con tecniche di caratterizzazione elettrica (corrente-tensione, capacita'-tensione, spettroscopia di impedenza, tempo di volo). (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le potenzialita' della tecnica DBD per il trattamento delle superfici di semiconduttori costituisce una valida alternativa di elevato interesse a livello industriale data la semplicita' e l'economicita' del set up sperimentale; per questa tecnica non sono richiesti apparati da vuoto complicati e la durata dei processi viene notevolmente ridotta. Inoltre, la possibilita' di attivare in maniera opportuna il Silicio si inserisce in una problematica aperta presso i nostri laboratori relativa alla deposizione di film di melanina(idrofobi) su Silicio. In questo senso, i gruppi che collaborano nel presente modulo hanno riscontrato difficolta' nella costruzione dell'interfacccia sul substrato privo di trattamento. La tecnica DBD potrebbe essere percio' alternativa o complementare a processi di silanizzazione ben noti alla maggioranza dei chimici organici. Non si esclude anche che si potrebbe prevedere in futuro un suo eventuale utilizzo anche su semiconduttori diversi dal silicio e di uso comune nell'elettronica molecolare (v.ITO/vetro) come anche introdurre altre macromolecole su substrati di Si precedentemente ed opportunamente attivati attraverso scariche DBD. (literal)
Tecnologie
  • Processi con scariche a barriera DBD a pressione atmosferica per il trattamento di superfici. Si intende in particolare fare uso di scariche di superficie con elettrodo esposto o di tipo coplanare a pressione atmosferica. Costruzione di barriere Schottky o MIS con evaporazione di contatti Realizzazione di interfacce ibride molecola/semiconduttore con tecniche di uso nella chimica organica (literal)
Obiettivi
  • Obiettivo 1 La verifica dell'efficacia ed applicabilita' dei trattamenti superficiali con DBD (di volume o superficie) nella attivazione di superfici di materiali semiconduttori da interfacciare con molecole organiche di interesse nel settore optoelettronico (nello specifico melanina). Attraverso questi trattamenti si intende modificare lo stato chimico/fisico e/o strutturale della superficie (transizioni p.e. da superficie idrofoba a idrofillica) e valutarne l'effetto sul trasporto elettronico attraverso l'interfaccia metallo/semiconduttore. Obiettivo 2 La costruzione e lo studio dell'interfaccia macromolecola(melanina)/Si o, nel caso l'obiettivo 1 non sia raggiunto, si intende funzionalizzazione opportunamente la superficie del silicio con procedure di tipo chimico (p.e. silanizzazione ) con o senza trattamenti via DBD e valutare in entrambi i casi la possibilita' di costruire l'interfaccia macromolecola(melanina)/Si. (literal)
Stato dell'arte
  • I processi di stabilizzazione e/o attivazione della superficie di semiconduttori (a.e Si)sono stati oggetto di diversi studi. Tra i primi citiamo la stabilizzazione ottenuta con reazioni di clorinazione/alchilazione che hanno portato alla riduzione della velocita' di ricombinazione superficiale dei portatori con legami stabili Si- alchile al posto di quelli meno stabili Si-H (N.S. Lewis et al.,APL77(2000)1988). Recentemente (M. Gabriel et al., Mycrosyst.Technol.12(2006)397 e B. Michel, JAP105(2009)073302) il plasma da scariche a barriera (DBD) su Si ha prodotto l'attivazione e quindi ha aumentato la reattivita' della superficie realizzando il legame diretto con metalli e/o altri semiconduttori senza trattamenti termici ad elevate temperature. L' attivazione della superficie del silicio via plasma DBD fa presupporre che sia possibile indurre modifiche chimico/strutturali idonee anche a legare alla superficie molecole di vario genere. Le modifiche indotte dal trattamento DBD sulla superficie del Si potrebbero percio' costituire una alternativa ai plasmi realizzati in UHV. Allo stato attuale non sono noti gli effetti di questo trattamento sul trasporto elettronico all'interfaccia. (literal)
Tecniche di indagine
  • a)Studio del processo in scarica DBD con monitoraggio delle caratteristiche elettriche, e delle principali emissioni. Eventuale studio con diagnostiche di tipo laser di radicali prodotti dalla scarica. b)Studio delle modifiche chimico/fisiche della superficie dopo l'esposizione a plasma DBD con indagini XPS e di angolo di contatto per la realizzazioni di superfici di Si idrofobe o idro-filliche c)Studio del trasporto elettronico attraverso l'interfaccia con tecniche di caratterizzazione elettrica quali misure di corrente/tensione, capacita'/tensione, spettroscopia di impedenza su semplici dispositivi costruiti sulle interfacce modificate dette barriere Schottky, MIS o tunneling MIS d)Utilizzo della radiazione di sincrotrone per lo studio della struttura elettronica e della dinamica ultra-veloce della interfacce macro molecola (melanina) /Si. e)Costruzione di una interfaccia su Silicio costituita da una macromolecola e dal Silicio (melanina) e relativo testing con le tecniche di indagine indicate nel punto c) e d) (literal)
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