Descrizione del modulo "Materiali multifunzionali, e innovativi per componenti integrati (MD.P05.003.002)"

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  • Descrizione del modulo "Materiali multifunzionali, e innovativi per componenti integrati (MD.P05.003.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Lo sviluppo di materiali dielettrici più performanti potrà avere implicazioni nella fabbricazione di trasmettitori wireless più piccoli ed efficienti e cellulari con funzioni molteplici (video, blue tooth, email, ....) sempre più piccoli e leggeri. Altri esempi di risposte delle attività ai bisogni collettivi riguardano la diffusione di sistemi wireless. La loro miniaturizzazione potrà anche consentire il risparmio di materiali preziosi quali il rame con conseguente riduzione dell'impatto ambientale. Molti dei processi che vengono sviluppati sono a basso consumo di materiale inquinante (riduzione di emissioni) e riguardano lo sviluppo di processi ad alta sicurezza per gli operatori (sicurezza sul lavoro). (literal)
Tematiche di ricerca
  • -Deposizione per ALD e/o MOCVD di ossidi e nitruri con proprietà dielettriche, e nuovi materiali compositi nanolaminati. -Caratterizzazione morfologica e strutturale di materiali avanzati (ossidi funzionali semplici e complessi, nitruri, nanolaminati) mediante XRD, TEM, XPS ed AFM. -Caratterizzazione elettrica di film dielettrici con elevate costante dielettrica, realizzazione di MIM e/o MOS su materiali avanzati. (literal)
Competenze
  • Tecniche di Deposizione chimiche da fase vapore (ALD e/o MOCVD). Caratterizzazione strutturale mediante diffrazione da raggi X di film sottili cristallini e/o etero-epitassiali Caratterizzazione morfologica e strutturale di film sottili (SEM, TEM, AFM). Caratterizzazione composizionale dei materiali sintetizzati mediante EF-TEM, EELS ed XPS. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • I moduli di potenza, come quelli usati per la conversione dell'energia energia, utilizzano tipicamente diodi e switches. Tuttavia di fondamentale importanza sono anche gli elementi passivi, quali i condensatori. Infatti, i dispositivi MIM ad alta densità capacitiva sono l'elemento chiave per la miniaturizzazione dell'elettronica di potenza portatile. Ad esempio, il 90% dell'area microelettronica di un cellulare è occupata da condensatori, e tale area cresce notevolmente ad ogni applicazione aggiuntiva (blue tooth, immagini video, ...). Lo stesso per tutte le applicazioni wireless. Il potenziale impiego delle attività di ricerca del modulo, mediante integrazione monolitica in chip in Si, SiC o GaN, è quindi molto vasto e copre settori di interesse in vari processi produttivi in tutta l'elettronica di consumo. (literal)
Tecnologie
  • Processi di funzionalizzazione di superfici di Si, SiO2, SiC, GaN e grafene per la deposizione di strati dielettrici. Processi innovativi di sintesi di materiali nano strutturati (self-assembling e/o sputtering). (literal)
Obiettivi
  • Sviluppo di processi e deposizione di dielettrici mediante tecniche chimiche da fase vapore (ALD e MOCVD ); Caratterizzazione strutturale e morfologica di film dielettrici amorfi e/o cristallini; Capacitori MIM ad alta densità capacitiva; Integrazione delle tecnologie per capacitori su materiali di interesse per la microelettronica Sviluppo di processi di sintesi di materiali innovativi bidimensionali (quali grafene. MoS2,…) di interesse per nuove funzionalità in dispositivi di potenza ed RF. (literal)
Stato dell'arte
  • Lo sviluppo di dielettrici avanzati è un'attività di frontiera di interesse nel campo dei dispositivi potenza. In particolare, i dielettrici innovativi sono strategici per i dispositivi ad alta frequenza, per i circuiti integrati (MMICs), per i dispositivi in semiconduttori ad ampia gap (MOSFETs in SiC ed HEMTs in GaN) e per i condensatori MIM operanti ad alta tensione. In questo contesto, è necessario implementare nuovi processi per la crescita e l'integrazione di dielettrici avanzati, che contribuiscano a migliorare la mobilità di canale in MOSFETs in SiC, e limitare il problema delle correnti di leakage di gate in dispositivi HEMT. Tra le metodologie basate sulla deposizione da fase vapore, l'atomic layer deposition (ALD) è tra le tecniche più avanzate per un controllo a livello atomico di strati dielettrici. Essa consente di limitare il danneggiamento del substrato in fase di deposizione, fondamentale quando si opera in presenza di gas bidimensionali di elettroni, come nel caso di eterostrutture AlGaN/GaN o del grafene. In questo settore è fondamentale anche lo studio dei processi di funzionalizzazione delle superfici per favorire l'adesione di film depositati. (literal)
Tecniche di indagine
  • Tecniche di microscopia elettronica (SEM; TEM). Tecniche di microscopia a scansione di sonda. Tecniche di caratterizzazione strutturale (XRD,TEM). Tecniche di caratterizzazione composizionale (EELS, EF-TEM ed XPS) (literal)
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