Descrizione del modulo "Sviluppo, caratterizzazione strutturale e modelling di strutture avanzate per elettronica (MD.P05.002.001)"

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  • Descrizione del modulo "Sviluppo, caratterizzazione strutturale e modelling di strutture avanzate per elettronica (MD.P05.002.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le esigenze di sicurezza personale, collettiva, ambientale e di prevenzione e cura della salute che utilizzino tecnologie a ridotto impatto ambientale e materiali biocompatibili sono sempre più pressanti in un mondo in cui lo sviluppo industriale incontrollato ha provocato danni ambientali e squilibri sociali consistenti. La commessa si propone quindi di fornire risposte originali ed innovative alle nuove esigenze del mondo industriale nei campi della nanodiagnostica medica, della (bio-)sensoristica, del solare rinnovabile. Per quanto riguarda le possibili esigenze nei settori della nanomedicina, della prostetica e della microfluidica medicale, si studieranno le modalità di applicazione dei materiali e delle metodologie d'indagine sperimentali e teoriche per la realizzazione di film sottili e nanostrutture funzionalizzabili con molecole organiche per sensori/recettori totalmente biocompatibili quali nanofili orientati di SiC. (literal)
Tematiche di ricerca
  • L'attività si fonda su progetti e risultati di rilievo pubblicati e.g. su Sci. Rep. Nature Publ. Group, Nanoetters, ACS Nano, ADV. MAT., PRL, JACS, J. Phys. Chem. C, SMALL, APL, NANOTECHNOL., PRB..., nella sintesi, caratterizzazione e modellizzazione di nanosistemi innovativi utilizzando competenze e metodologie diagnostiche sperimentali e teoriche avanzate. Film sottili e nanofili di 3C-SiC/Si e TiO2 saranno cresciuti da MOVPE, CVD ed ALD per(bio-)sensoristica, nanomedicina e prostetica e MEMRISTORS. Tecniche HRSTEM, HAADF, EELS, EDX forniranno analisi strutturali e chimiche quantitative su scala atomica che sarranno correlante alle proprietà ottiche, elettriche e morfologiche (SEM-CL-EL-EBIC, DLTS, CV, I-V, AFM) dei materiali della commessa e di altra provenienza (IMEM, CNR, UNI, IND). Modelli predittivi di calcolo ab initio chiariranno le risposte superficiali a processi di funzionalizzazione. Ingegnerizzazione delle proprietà di trasporto ed ottiche mediante irraggiamento elettronico controllato in strati 2d di Mos2 Verrà perfezionato un nanosistema SiC/Fe3O4NP/H2TPP ingegnerizzato ad hoc per terapia fotodinamica ed ipertermia per la cura di tumori solidi profondi (literal)
Competenze
  • Reattore epitassiale MOVPE, reattore CVD, sistema di deposizione sol gel, deposizione da da fasci supersonici (SuMBD), Microscopio Elettronico in Trasmissione a risoluzione atomica con emissione ad LaB6, microscopio elettronico in trasmissione di ultima generazione con cannone ad emissione di campo di tipo Schottky con capacità analitiche su scala nanometrica (areea minima analizzabile 2 nm, risoluzione di punto 0.19 nm) dotato di unità STEM per analisi d'immagine e spettroscopiche mediante EELS, HAADF (risoluzione di punto 0.135 nm, risoluzione in numero atomico DeltaZ=2), EDX. Microscopio Elettronico a Scansione con emissione al tungsteno, Catodoluminescenza, EBIC, Elettroluminescenza, Microscopio elettronico a scansione con filamento ad emissione di campo (risoluzione spaziale 5 nm), Fotoluminescenza, DLTS, C-V, I-V, Misure di Ammettenza in funzione della frequenza, Ion milling, Microscopio a Forza Atomica con nanomanipolatori. Sistemi di electron beam litography e MEMS. Diffrattometro X-PERT ad alta risoluzione a cristalli multipli, Diffrattometro Philips a doppio cristallo, Camera per Topografia ad alta risoluzione, Sincrotrone, Supercalcolatori Paralleli CINECA ed europei. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'innovazione costituisce ancora il fattore competitivo determinante, in particolare nello sviluppo di nuovi materiali e dispositivi e nell'ottimizzazione di processi. Oltre alla tecnologia del Silicio, sono di grande interesse le applicazioni sia per nuovi e più sensibili sensori totalmente inorganici (e.g. SiC) e biocompatibili funzionanti in ambienti estremi (avionica e spaziale), che per biosensori da utilizzare nei campi della sicurezza, prostetica e salute. Il SiC sostituirà il Si nelle connesioni neuronali essendo inerte al loro attacco e nello specifico, nanofili di SiC catalizzati saranno utilizzati come sistema multifunzionale innovativo per lo studio della cura di tumori solidi profondi. Lo stesso si può dire per le tecniche di simulazione e caratterizzazione necessarie allo studio delle proprietà fisiche e chimiche dei materiali in oggetto. In particolare per quanto riguarda il fattore di scala, sia le tecniche di crescita utilizzate nella commessa che di caratterizzazione sono perfettamente esportabili ed applicabili a processi produttivi su scala industriale. Infine i nanomateriali sviluppati nella commessa consentono lo sviluppo di tecnologie socialmente sicure (literal)
Tecnologie
  • Reattori epitassiali MOVPE, forni CVD, sistema di deposizione da fasci supersonici (SuMBD), tecnica del sol gel, litografia ottica, sistema SuMBE per sensitizzazione di NW e film sottili di SiC e deposizione di nanoparticelle di TiO2 e loro sensitizzazione per celle solari di terza generazione (IFN-trento), camere bianche per test pattern litografici et al. (IMEM e Dip. Ing. Inf. UNI PR), processatura mediante micromachining (Sezione IMEM presso Politecnico di Torino , IMM-CNR Bologna), sintesi di CNT per applicazioni PV(Dip. di Chimica dell'Università la sapienza. Roma), Electron beam litography e Focussed Ion Beam system (Sezione IMEM presso Politecnico di Torino), Laser a base di GaN (MATSUSHITA), celle solari prototipali di terza generazione basate su TiO2 (NIMS, Tsukuba), reattore epitassiale per nanofili di Si per applicazioni fotovoltaiche (NIMS, Tsukuba), reattore epitassiale per nanofili di GeTe per nanoelettronica (IMM-CNR, UOS Milano). (literal)
Obiettivi
  • La commessa, sulla base del lavoro svolto in precedenza ed in armonia con le nuove linee strategiche dell'IMEM, si pone come principale obiettivo lo sviluppo di competenze nei seguenti campi: -lo sviluppo di materiali e nanosistemi con proprietà fisiche e chimiche controllabili e modulabili su scala micrometrica e nanometrica -lo sviluppo di nuove metodologie d'indagine sperimentale e di modelli teorici e la loro applicazione allo studio delle proprietà strutturali, chimiche, ottiche ed elettriche dei materiali di cui al punto precedente. L'attività di ricerca verrà quindi focalizzata ai settori della (bio-)sensoristica, biomedicale e nanomedicina in vista della comprensione fenomenologia e del trasferimento ad istituzioni ed aziende nell'ambito di progetti comuni. (literal)
Stato dell'arte
  • La commessa sviluppa ed ottimizza nuovi nanosistemi, metodologie diagnostiche innovative, processi e calcoli ab-initio nei settori della nanomedicina , prostetica e (bio-)sensoristica. Questi campi presentano una significativa competizione scientifica in quanto sono di interesse strategico sia per sviluppi industriali competitivi basati su nuove tecnologie che per miglioramenti delle condizioni di vita. Lo stato dell'arte è quindi in continuo mutamento su scale temporali molto brevi (1-2 anni). Ad esempio, nei settori della sicurezza ambientale e/o militare, (bio-)sensoristica, prostetica e biomedicina, l'impiego di film sottili, membrane, cantilever etc. e nanofili (e.g. SiC funzionalizzato per nanodiagnostica medica) adatti per applicazioni in ambienti estremi (calore, pressione, spazio, corpo umano) o rivelazione di elementi in tracce (esplosivi) rappresentano ancora campi di studio di punta. Infine per quanto riguarda la simulazione, metodi efficienti di modellizzazione della dinamica di reazione, del charge transfer e della interazione elettrone-fonone sono a tutt'oggi oggetto di studio. (literal)
Tecniche di indagine
  • Diffrazione dei raggi X in alta risoluzione e mappe di reticolo reciproco, riflettività X, topografia a raggi X a doppio cristallo, spettroscopia da fotoelettroni, microscopia elettronica in trasmissione a risoluzione atomica dotato di unità STEM con microanalisi a raggi X, energy filtered spectroscopy e imaging, electron energy loss spectroscopy and imaging e contrasto chimico su scala nanometrica con risoluzione pari a 0.135 nm, software di elaborazione sequenziale quantitativa d'immagine e dei dati, microscopio elettronico a scansione con microanalisi a raggi X e tecnica EBIC al SEM in funzione di T (6-300 K), Microscopio elettronico a scansione con filamento ad emissione di campo (risoluzione spaziale 5 nm), Elettroluminescenza al SEM, Catodoluminescenza al SEM in funzione di T, (6
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