Descrizione del modulo "Microsistemi ad Alta Frequenza: Tecnologie ed Affidabilità per Applicazioni di Terra e Spaziali (MD.P05.020.001)"

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  • Descrizione del modulo "Microsistemi ad Alta Frequenza: Tecnologie ed Affidabilità per Applicazioni di Terra e Spaziali (MD.P05.020.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le applicazioni dei micro- e nano-sistemi ad alta frequenza per security-safety (antiterrorismo e sicurezza) e sistemi spaziali (TLC via satellite), con capacità di monitoraggio intelligente di ambienti urbani (SMART Cities) sono in armonia con gli obiettivi pensati per H2020. Questo rientra nella politica, definita a livello europeo, che vede EU, ESA e EDA impegnate nella cosiddetta European Technology non-Dependence (ETnD) in risposta alle capacità tecnologiche degli USA e dei paesi asiatici. Inoltre, lo sviluppo di nanotecnologie per materiali e componenti su scala nanometrica soddisfa il duplice scopo della caratterizzazione sia di materiali nano-strutturati sia di nano-dispositivi. Le tecniche di imaging a microonde nelle quali questa unità sarà coinvolta almeno fino al 2016 sono un break-through rispetto alle attuali tecnologie di microscopia a scansione di sonda per misure non distruttive in trasmissione di materiali, dispositivi e campioni biologici. Va anche segnalata l'estensione del concetto di integrazione di funzioni e componenti (micro e nano) per produrre SMART Systems, mediante tecniche di progettazione innovative negli ambiti di cui sopra. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Attività focalizzata su micro- e nano-sistemi per le seguenti tecnologie e materiali: 1. Scanning Microwave Microscopy (SMM): tecniche di misura nano-RF per imaging di campioni micro- e nano-strutturati (dispositivi, materiali,…) utilizzando propagazione a microonde in riflessione e trasmissione 2. RF MEMS: Dispositivi e Sotto-Sistemi a microonde e nel millimetrico per Applicazioni Spaziali ed in ambito Security (micro-interruttori, filtri, risuonatori e sfasatori) 3. Metamateriali e Strutture Electro-Magnetic Band-Gap: proprietà innovative nel trattamento del segnale per linee di trasmissione, filtri, risuonatori e antenne (microonde e millimetrico) 4. Tecnologie MEMS (microlavorazioni, fotolitografia ed attacchi chimici e fisici) al servizio delle configurazioni di cui sopra, con realizzazioni su Silicio, Allumina, GaAs, LTTC e substrati commerciali in genere, di strutture a singolo e multiplo strato con risoluzione micrometrica. Competenze su materiali polimerici per MEMS e packaging (SU-8 in particolare). 5. Dispositivi sintonizzabili al THz (literal)
Competenze
  • - Bartolucci Giancarlo, Associate Professor - University of Roma \"Tor Vergata\", Microwave and mm wave Design and Modelling - Christopher Hardly Joseph – Co.Co.Co and PhD Student, Scanning Microwave Microscopy Theory and Techniques (on Nanomicrowave Project) - Lucibello Andrea, Researcher – CNR, Clean Room Processes - Marcelli Romolo, - Senior Researcher - CNR, Microwave and mm Wave Modelling and Test , Group Leader - Proietti Emanuela, Research Engineer – CNR, Clean Room Processes and Microwave Metamaterial Design - Sardi Giovanni Maria, Granted Researcher (Assegno di Ricerca), High Frequency Design for Scanning microwave Microscopy (on V-SMMART Project) - Michalas Loukas – Co.Co.Co, Scanning Microwave Microscopy Theory and Techniques (on Nanomicrowave Project) (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'attività proposta si articola in contributi che si possono ravvisare come supporto a processi produttivi nell'immediato e nel medio-lungo termine. In particolare, le facilities disponibili sono già state utilizzate per il collaudo di prototipi in fase di pre-industrializzazione, e la messa a punto di specifiche tecnologie ha consentito il trasferimento di know-how presso realtà industriali di media e grande dimensione. Da ricordare: 1. metodologie di misura on-wafer per l'affidabilità di RF MEMS ad alta frequenza (committente TAS-I) 2. realizzazione di sorgenti a microonde accordabili a basso rumore di fase per ponti radio a microonde (SELEX-ES) 3. progettazione di circuiti RF MEMS ibridi ed integrati (SELEX-ES, TAS-I e STM) 4. tecnologie MEMS per planarizzazione di substrati e adattamento elettrico tramite via-holes di strutture coplanari (SELEX-ES) 5. strutture polimeriche per il packaging di dispositivi RF (TAS-I, SELEX-ES) 6. misure in trasmissione utilizzando Microscopia a Scansione di Sonda alle microonde (SMM) (Agilent/Keysight Technologies) (literal)
Tecnologie
  • - design circuitale ed elettromagnetico per microsistemi ad alta frequenza e fotonici (software commerciale e sviluppo autonomo di programmi) - design strutturale e modellizzazione della commutazione micro-elettromeccanica con il metodo degli elementi finiti - tecnologie di deposizione per film sottili metallici e dielettrici (Ossidazioni, Evaporazione, Sputtering) - tecnologie di attacco chimico-fisico (wet etching, RIE) - fotolitografia (realizzazione maschere, messa a punto processi di stesura e sviluppo di resist, processi multi-strato) - caratterizzazione morfologica (AFM, profilometro, elissometro) - caratterizzazione elettrica DC - caratterizzazione elettrica RF (time domain, frequency domain, spectral analysis) (literal)
Obiettivi
  • Sviluppo di modelli teorici, tecnologie e tecniche di caratterizzazione, con riferimento ai seguenti micro- e nano-sistemi ad alta frequenza: - Materiali e tecniche di deposizione a basso costo per passivazione di wafer Si ed attacchi chimici anisotropi superficiali e profondi. - Fotolitografia di film polimerici fotosensibili per microlavorazione superficiale e rimozione di strati sacrificali. - Film magnetici micro-lavorati per strutture risonanti accordabili in frequenza. - Meta-circuiti (antenne, filtri e strutture risonanti per applicazioni nel millimetrico e THz) - Smart Systems per generazione e trattamento del segnale ad alta frequenza - Messa a punto di tecniche di imaging ad alta frequenza come naturale estensione delle tecniche di misura già maturate, per la caratterizzazione di dispositivi e campioni micro- e nano-strutturati. - Design, caratterizzazione elettrica e modellizzazione fisica dei microsistemi realizzati (literal)
Stato dell'arte
  • La sintesi e la microlavorazione di substrati per la microelettronica ha consentito la realizzazione di microsistemi per TLC con evidenti vantaggi rispetto alle configurazioni convenzionali. Materiali ceramici a basso costo che integrano funzionalità dielettriche e magnetiche, strutture ibride con elementi sensibili alle variazioni fisiche e chimiche dei materiali, meta-materiali o meta-circuiti con proprietà innovative in termini di propagazione e trattamento del segnale sono esempi di un panorama in forte crescita che vede le tecnologie e le tecniche di caratterizzazione come elemento unificante. L' integrazione di componenti e funzioni ha ispirato la realizzazione di Smart Systems in architetture complesse per il trattamento del segnale ed il sensing. I micro- e nano-sistemi per le alte frequenze, sia per uso terrestre che spaziale, devono essere ripetibili ed affidabili sul lungo termine per garantire l'integrazione delle funzionalità ed una elevata vita media dei dispositivi e dei sottosistemi. L'affidabilità dei processi, la modellizzazione dei dispositivi ed intense campagne di misura sono richieste per configurazioni da rendere commerciali nel breve-medio termine. (literal)
Tecniche di indagine
  • Le tecniche di indagine sono strettamente connesse alle tecniche di progettazione ed alle caratterizzazioni proposte. L'obiettivo è quello di valutare soluzioni nel medio-lungo termine e a breve termine legate alla progettazione ed al collaudo come da richiesta su contratti esterni, rilasciando la fattibilità di prototipi e tecniche di misura in termini di modelli fisici e circuitali delle strutture investigate e della loro affidabilità nel tempo, o sottoposte a sollecitazioni combinate. In particolare, sono messi a punto banchi per studiare l'affidabilità di micro- e nano-sistemi di impiego terrestre e spaziale, studiando criteri di indagine per l'aging di MEMS/NEMS, tuttora non codificati in ambito ESA-EDA, per materiali e dispositivi non ancora qualificati per applicazioni spaziali o di prossimo impiego nelle missioni a carattere scientifico/commerciale. Ulteriore attenzione è stata posta di recente all'affidabilità ed alla sensibilità di misure a scansione di sonda a microonde, dove lo sviluppo di tecniche di calibrazione per misure in trasmissione è fondamentale per ottenere misure in trasmissione di dettagli sepolti su scala micro-metrica e nano-metrica. (literal)
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