Descrizione della commessa "Sviluppo di tecnologie e realizzazione di dispositivi e microsistemi fotonici, fluidici e meccanici (MD.P05.011)"

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  • Descrizione della commessa "Sviluppo di tecnologie e realizzazione di dispositivi e microsistemi fotonici, fluidici e meccanici (MD.P05.011)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I dispositivi e le strutture sviluppate trovano un potenziale impiego in vasti campi applicativi che rispondono a bisogni collettivi e individuali. Un rivelatore SPAD ad es. può essere utilizzato all'interno di un microsistema per l'analisi del DNA a basso costo, mentre la realizzazionedi sistemi ibridi \"elettronici-fluidici\" consente di realizzare biosensori per l'industria farmaceutica o alimentare. I nanodot di silicio in matrici di SiC studiate nel progetto Nascent sono intesi per applicazioni nel campo del fotovoltaico. Infatti le dimensioni nanometriche hanno come conseguenza la variazione del gap energetico e quindi della banda di assorbimento del silicio. Questo permette di ingegnerizzare la regione spettrale di assorbimento una volta inserito in un dispositivo fotovoltaico di tipo tandem. Il migliore controllo del ciclo di combustione di un motore a scoppio mediante sensori MEMS a base di membrane di 3C-SiC consentirebbe di ridurre sia i consumi di conbustibile che l'emissione di gas inquinanti. (literal)
Strumentazione
  • 1. Camera bianca in classe 100 presso IMM sezione di Bologna e relative attrezzature di processing ivi installate (litografia, processi termici, processi di deposizione film sottili, attacchi RIE ecc). 2. Impiantatore a media energia per drogaggi controllati. 3. Impiantatore ad alta energia Tandetron per la realizzazione di guide d'onda 4. DRIE per attacchi profondi in Si ( processo Bosch) and SiC 5. Forno a induzione per trattamenti termici fino a 2000°C 6. Sistema a lampade per annealing rapidi (RTA) 7. Sistema di wafer-bonding. 8. Microscopi elettronici in trasmissione e scansione per la caratterizzazione strutturale e di superficie. 9. Sistema automatico per la caratterizzazione elettrica di dispositivi e di processo. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le attività richiedono un contesto multidisciplinare, con competenze che spaziano dalla progettazione, alla simulazione, alla conoscenza approfondita dei singoli processi e dell'integrazione tra tecnologie diverse, fino ad arrivare alla caratterizzazione; e comprendono lo sviluppo e la messa a punto di singoli processi (microlavorazioni meccaniche di silicio o altri materiali, wafer bonding, ecc.). In particolare vengono eseguite lavorazioni superficiali micrometriche su materiali otticamente attivi (LiNbO3), su Silicio, su SiC e su materiali polimerici di particolare interesse per la realizzazione di microcanali, microvalvole, micromotori e accelerometri. Saranno affrontate le problematiche relative alla realizzazione di dispositivi elettronici di vario tipo, dai singoli rivelatori SPAD, a matrici di rivelatori, ai dispositivi fotovoltaici. Saranno fabbricati dei modulatori elettro-ottici basati su leghe a base di silicio, cercando di ottimizzarne le prestazioni. Per questo si svolgerà un'attività di ingegnerizzazione delle caratteristiche ottiche e dielettriche dei multistrati costituenti e saranno sviluppate le opportune tecniche di analisi e di misura per la caratterizzazione. (literal)
Competenze
  • Le competenze richieste per lo svolgimento dei progetti che rientrano nella commessa vanno dalle conoscenze tecnologiche tipiche dei processi della microelettronica (processi fotolitografici, di etching selettivo dei materiali, di deposizione di vari materiali,...) a conoscenze di simulazione di processo e dispositivo (il cosidetto Technological CAD), a conoscenze di simulazione microfluidica e progettazione di microsistemi. Sono quindi conoscenze multidisciplinari, dove spesso ci si trova ad affrontare problematiche di frontiera tra la microelettronica e la micromeccanoca fine, e dove bisogna lavorare per far coesistere le due. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • I rivelatori SPAD in silicio realizzati sono robusti, a basso costo e hanno prestazioni ottimizzate, utilizzando un processo tecnologico che potrà essere trasferito all'industria dei semiconduttori. Questi rivelatori SPAD sono messi sul mercato attraverso la spin-off che si occupa della realizzazione dell'elettronica, progettata in base all'applicazione specifica. L'interferometro integrato tipo Mach-Zender (che ha originato 2 brevetti di tipo industriale) è idoneo all'inserimento in processi produttivi per la realizzazione di sensoristica ottica per telerilevamento da satellite o aereo. La realizzazione di strutture MEMS a base di membrane di 3C-SiC su Si potranno essere utilizzate nella fabbricazione di sensori di misura di alta pressione in condizioni dinamiche per applicazioni motoristiche, esempio per la caratterizzazione del ciclo di combustione in un motore a scoppio. Modulatori elettro-ottici trovano il loro impiego nel campo delle (literal)
Tecnologie
  • La definizione del flusso di processo tecnologico che consente la realizzazione dei diversi dispositivi si avvale dell'uso di diversi simulatori di processo come DIOS e ATHENA, e di dispositivo come DESSIS e ATLAS. Il layout dei singoli dispositivi così come quello delle diverse maschere necessarie nel corso del processo tecnologico vengono definiti utilizzando il software CADENCE, che consente anche il controllo delle regole di layout legate al processo tecnologico. Le misure elettriche sono eseguite su un sistema che fa uso di una probe station e consente la caratterizzazione direttamente a livello wafer. Il software di gestione è stato sviluppato a livello locale e consente di implementare ogni tipo di misura I-V, C-V, G-V, nel tempo ecc. (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi generali consistono nel progettare, realizzare e collaudare,nei contesti operativi reali, sia rivelatori di singolo fotone che microsistemi ottici integrati anche associati a strutture fotoniche. In parallelo vengono anche realizzati microsistemi in grado di svolgere funzioni di attuatori in applicazioni di diverse tipologie, quali la micromeccanica e la microfluidica. Lo sviluppo di strutture MEMS in SiC sfrutta le proprietà fisico-chimiche del SiC per sviluppare dispositivi idonei ad operare in ambienti ostili, oppure con proprietà meccaniche o di funzionalizzazione biochimica superiori a quelle di materiali classici in uso. (literal)
Stato dell'arte
  • Le tecniche di progettazione e realizzazione di microsistemi sono in rapidissima evoluzione e promettono nuove soluzioni tecnologiche micro e nanometriche per nuovi dispositivi e soprattutto nuovi sistemi integrati di crescente livello di complessità e funzionalità. Il progetto di un microsensore è intrinsicamente una attività che coinvolge diverse competenze. A partire da specifiche funzionali, condizioni operative e fascia di costo, il progetto richiede conoscenze su materiali e tecnologie di microfabbricazione e di packaging, sulla fisica/chimica dei dispositivi, sull'elettronica (prevalentemente analogica) di lettura e condizionamento dei segnali, ecc. In questo contesto, particolare importanza rivestono le simulazioni numeriche di processo e dispositivo (il cosidetto Technological CAD), grazie alle quali è possibile analizzare accuratamente il comportamento fisico dei sensori e correlarne direttamente le prestazioni ai parametri geometrici/tecnologici di progetto, giungendo all'ottimizzazione del design e della tecnologia. (literal)
Tecniche di indagine
  • Impiego di microscopio ottico e di un profilometro per la verifica delle strutture realizzate sul wafer nel corso dei vari processi di mascheratura. Utilizzo di un ellissometro, dello spettrofotometro e di un profilometro ottico per controllare lo spessore dei vari film (ossidi, nitruri, polisilicio,...) deposti sul wafer e per la misura dell'indice di rifrazione del materiale. Impiego di microscopio elettronico a scansione per analisi in piano e in sezione delle strutture realizzate. Sistema automatizzato per la caratterizzazione elettrica delle strutture di test e dei dispositivi realizzati e relativa estrazione dei parametri, realizzazione di mappe per la distribuzione sul wafer dei diversi parametri. (literal)
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