Descrizione della commessa "Dispositivi di potenza, Rf e componenti passivi per elettronica integrata ad alte prestazioni (MD.P05.003)"

Type
Label
  • Descrizione della commessa "Dispositivi di potenza, Rf e componenti passivi per elettronica integrata ad alte prestazioni (MD.P05.003)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I processi per dispositivi in SiC e GaN che vengono sviluppati porteranno a importanti vantaggi nel campo del risparmio e dell'efficienza energetica. Le maggiori applicazioni riguardano dispositivi per sistemi di conversione di energia (ad esempio inverter per il fotovoltaico o l'eolico), per la messa in sicurezza delle reti elettriche, per la riduzione dei consumi nei trasporti ferroviari e dell'elettronica di consumo. Altri esempi riguardano sistemi wireless per applicazioni nel campo della sicurezza (controllo ambientale), della salute (telemedicina) e dell'automotive (wireless battery chargers). A lungo termine anche la tecnologia integrata basata su grafene potrà avere importanti ricadute sociali. Ad esempio, sensori portatili su substrati flessibili e biocompatibili potrebbero avere applicazioni nel monitoraggio dello stato di salute degli individui. Anche dal punto di vista della sicurezza e della salute ambientale ci si aspetta che il grafene possa dare importanti contributi (tramite lo sviluppo di sistemi integrati a bassa dissipazione di energia autoalimentati da luce solare, o di una elettronica basata su carbonio a minore impatto ambientale rispetto al silicio). (literal)
Strumentazione
  • - Clean Room ISO 4 (classe 10) attrezzata per la fabbricazione di dispositivi (Sistema di litografia a scrittura diretta, cappe chimiche, sistema di attacchi in plasma ICP, sistema sputter per metalli, sistema di annealing rapido e con rampe lente,…). - Laboratorio di microscopia a scansione di sonda (Digital Instruments Dimension 3100 Nanoscope V con testa metrologica e testa standard, moduli per SCM, SSRM, TUNA, C-AFM. Multimode con controller quadrex e stage per misure in temperatura fino a 200°C, Microscopio PSIA XE150: con true non contact, e moduli per misure capacitive ed in corrente) - Sistema di misure Hall MMR K2500 - Reattore Atomic Layer Deposition (ALD) SI ALD LL della SENTECH per la crescita di film sottili - Tecniche di caratterizzazione elettrica (basate su misure I-V, C-V, in funzione della frequenza e temperatura). - Tecniche di diffrattometria e/o microscopia elettronica per caratterizzazione di film sottili cresciuti per ALD o MOCVD. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Oggi il Si è il materiale più usato in elettronica, ma un miglioramento dell'efficienza energetica in dispositivi di potenza ed RF, grazie a nuovi materiali e tecnologie, potrebbe consentire una riduzione del 20% dei consumi elettrici nel mondo. In questo senso, la Commessa si orienta verso semiconduttori ad ampia banda proibita, materiali multifunzionali e nanotecnologie per elettronica integrata. Le principali tematiche sono: - Processi e dispositivi su semiconduttori ad ampia banda proibita: SiC (diodi Schottky e p-n, capacitori MOS, MOSFETs, rivelatori) e GaN (Schottky, D-mode ed E-Mode HEMTs, MISHFETs, MIS). - Caratterizzazione di interfacce in SiC e GaN (contatti Ohmici e Schottky, dielettrici, MOS, p-n). - Processi e dispositivi in grafene e altri materiali 2D (MoS2), processi di trasferimento su larga area, integrazione di nuove funzionalità alla tecnologia SiC e GaN. - Sintesi (ALD e MOCVD) e caratterizzazione di materiali multifunzionali (ossidi high-k, nanolaminati, dielettrici per SiC, GaN e grafene). - Sviluppo di tecniche di nanocaratterizzazione mediante microscopia a scansione di sonda (profili di portatori, trasporto di carica in barriere Schottky e dielettrici. (literal)
Competenze
  • Processi e caratterizzazione di dispositivi SiC e GaN, crescita di materiali multifunzionali, ed elettronica in grafene: Fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi SiC: metallizzazioni (contatti Ohmici su p-type ed n-type, barriere Schottky), processi litografici standard, lift-off, strutture MOS e caratterizzazione di dielettrici di gate, caratterizzazione degli strati dogati per impianto. Fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi GaN: metallizzazioni (Ohmici e Schottky), processi litografici standard, lift-off, attacchi chimici con ICP, isolamento per impianto, processi di ossidazione, processi per E-HEMT e D-HEMT, strutture MIS e MISHFET con dielettrici ALD, misure trappole, mobilità di canale e concentrazione in eterostrutture. Crescita epitassiale di grafene su SiC, tecniche per il distacco di grafene da fogli metallici e trasferimento su vari substrati (SiO2, SiC, GaN, substrati polimerici flessibili). Fabbricazione (contatti Ohmici, Schottky, isolamenti, attacchi in plasma, lift-off) e caratterizzazione di dispositivi in grafene epitassiale su SiC , grafene CVD e MoS2. Sintesi (ALD o MOCVD) e caratterizzazione di dielettrici e laminati su Si, SiC, GaN e grafene. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'attività su SiC e GaN ha un potenziale impiego nei processi produttivi, e permetterà all'industria collegata di entrare sul mercato con prodotti ad alto valore aggiunto. Lo sviluppo di tecnologie a basso costo permette l'integrazione dei processi GaN nei fab del Si. La tecnologia Au-free sviluppata nella Commessa è già stata integrata nel flusso produttivo di STMicroelectronics. Le competenze sviluppate sul processing e sulla caratterizzazione avanzata sono di cruciale importanza per lo sviluppo di dispositivi di potenza e si sono rivelate determinanti nella collaborazione con l'industria. La caratterizzazione avanzata tramite microscopia a scansione capacitiva ha consentito la determinazione quantitativa di profili di drogaggio in SiC per l'allineamento di impiantatori industriali. Lo sviluppo di dielettrici per componenti passivi è un ulteriore elemento per la riduzione dei consumi e la miniaturizzazione dei dispositivi sviluppati. Infine, lo sviluppo di una tecnologia sul grafene potrà avere un notevole impatto in svariati campi: elettronica integrata (alta frequenza, interconnessioni), elettronica flessibile, produzione di energia (fotovoltaico), sensoristica e biomedicina. (literal)
Tecnologie
  • Realizzazione di strutture per caratterizzazione elettrica e dispositivi su semiconduttori ad ampia banda proibita (tramite litografie, attacchi chimici, metallizzazioni, isolamenti, ...). Trasferimento di flakes di grafene (dimensioni 10 –100 micron) per esfoliazione della grafite HOPG e di membrane di grafene estese (area >1cm2) per distacco da fogli metallici e successivo trasferimento su substrati opportuni. Trasferimento di flakes di MoS2. Processi di funzionalizzazione (tramite processi chimici e temici) di superfici di Si, SiO2, SiC, GaN e grafene. Processi nano litografici per nanoimprinting hot embossing e UV-NIL e applicazione al trasferimento del grafene. Microscopia a scansione di sonda: microscopia a scansione capacitiva, nanospreading, microscopia a forza atomica nelle varie metodologie. Processi di deposizione di film sottili mediante tecniche di deposizione chimica di fase vapore (ALD, MOCVD). (literal)
Obiettivi
  • Obiettivi principali: - Sviluppo e studio di processi per dispositivi in SiC e GaN ad alta efficienza energetica (contatti Ohmici su strati di SiC impiantati per MOSFET o JBS, interfacce dielettrico/SiC per MOSFETs ad elevata mobilità di canale, processi avanzati per la fabbricazione di E-mode GaN HEMTs e MISHFET). - Correlazione tra caratteristiche di dispositivi e proprietà fondamentali di materiali e interfacce. - Studi affidabilistici dei meccanismi di instabilità di soglia in transistors su SiC e GaN tramite tecniche convenzionali e microscopiche. - Sintesi e caratterizzazione avanzata (strutturale ed elettrica) di dielettrici e nanolaminati su materiali di interesse tecnologico (SiC, GaN, grafene, …) mediante tecniche di deposizione chimica da fase vapore quali ALD ed MOCVD. - Studio delle proprietà del grafene epitassiale su SiC per lo sviluppo di nuovi dispositivi. - Sviluppo di metodi per il trasferimento del grafene su larga area su diversi substrati (inclusi SiC e GaN). - Studi su altri materiali bidimensionali (BN, MoS2) ed isolanti topologici. - Sviluppo di tecniche di microscopia a scansione di sonda per la materiali e dispositivi di interesse per l'elettronica. (literal)
Stato dell'arte
  • Lo sviluppo di dispositivi ad alta efficienza energetica su nuovi materiali è trainato da interessi strategici: conversione di energia, telecomunicazioni, trasporti e elettronica di consumo. In SiC di interesse scientifico sono le interfacce ossido/SiC nei MOSFETs e metallo/SiC (contatti Ohmici e Schottky) nei JBS. Per il GaN sono strategici gli HEMTs su Si fino a 200mm. Le sfide scientifiche più attuali sono lo sviluppo di una tecnologia per E-mode HEMTs Au-free, e lo studio di dielettrici innovativi per ottimizzare le prestazioni dei MISHFETs (in termini di gate leakage e current collapse). Nelle nanotecnologie per elettronica integrata il grafene è di interesse per dispositivi ultraveloci a basso consumo. Alcune sfide sono la crescita e/o il trasferimento di grafene (su SiC, GaN o metalli) di alta qualità su larga area, il controllo delle interfacce fra grafene e metalli o dielettrici. Infine, i dielettrici e nuovi materiali compositi (laminati) sono fondamentali per condensatori ad alta densità capacitiva, per la riduzione delle correnti di gate negli HEMTs, e nei transistori in grafene. L'ALD è tra le tecniche più avanzate per un controllo atomico di questi strati dielettrici. (literal)
Tecniche di indagine
  • Realizzazione di test pattern (TLM, VdP, C-TLM, strutture Hall,….) e dispositivi (MOS, diodi Schottky e p-n, HEMTs, MISHFETs,…,) e loro caratterizzazione elettrica (misure di barriere Schottky, resistenze di contatto, stati di interfaccia, trappole in eterostrutture. mobilità, concentrazione di portatori, permittività, etc.) Microscopia scansione di sonda: microscopia a forza atomica su semiconduttori, dielettrici, organici e materiali biologici. Microscopia a scansione capacitiva e a scansione resistiva per la determinazione di profili di drogante in semiconduttori. Microscopia capacitiva e conduttiva su dielettrici e metalli. (literal)
Descrizione di

Incoming links:


Descrizione
data.CNR.it