Descrizione del modulo "Nanotecnologie e tecnologie avanzate per elettronica integrata (MD.P05.003.004)"

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  • Descrizione del modulo "Nanotecnologie e tecnologie avanzate per elettronica integrata (MD.P05.003.004)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La tecnologia integrata ad alta efficienza energetica e multifunzionale basata su grafene, che rappresenta lo sviluppo a lungo termine dell'attività di ricerca sul grafene potrà avere in molti modi delle ricadute su vari bisogni della nostra società. Ad esempio, sensori portatili e a basso costo fabbricati su substrati flessibili e biocompatibili (ottenibili con un sistema integrato a base di grafene) potrebbero avere applicazioni nel monitoraggio continuo dello stato di salute degli individui per la prevenzione delle malattie, specialmente nel caso delle persone più anziane. Anche dal punto di vista della sicurezza e della salute ambientale ci si aspetta che questa tecnologia possa dare importanti contributi. Lo sviluppo di sistemi integrati a bassa dissipazione di energia, che si autoalimentano con la luce solare, va nella direzione di un sistema energetico sostenibile. Infine, una elettronica basata su carbonio avrebbe un impatto ambientale molto minore dell'attuale elettronica basata su silicio e soffrirebbe molto meno della carenza di materie prime tipica di molte tecnologie attuali. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Studio delle proprietà elettroniche del grafene ottenuto mediante vari approcci (esfoliazione della grafite, crescita epitassiale su SiC, crescita CVD su metalli catalitici e successivo trasferimento) e su differenti substrati (SiO2, Si, SiC, GaN, substrati polimerici flessibili). Sviluppo di processi e dispositivi in grafene. Studio dei meccanismi fisici che limitano la mobilità elettronica del gas di elettroni nel grafene. Tecniche avanzate di caratterizzazione elettrica con risoluzione nanometrica basate su diverse varianti dell'SPM. Determinazione di profili bidimensionali della concentrazione di portatori e della resistività in materiali semiconduttori (Si, SiGe, SiC, GaN,…) e in dispositivi mediante \"scanning capacitance microscopy\" (SCM) e \"scanning spreading resistance microscopy\" (SSRM). Studio su scala nanometrica del trasporto di corrente all'interfaccia metallo-semiconduttore mediante \"conductive atomic force microscopy\" (C-AFM). Caratterizzazione locale delle proprietà dielettriche e del trasporto di corrente in film dielettrici sottili mediante SCM e C-AFM. Studio locale mediante tecniche SPM delle proprietà del gas bidimensionale (2DEG) in eterostrutture. (literal)
Competenze
  • Sviluppo di nuove metodologie con microscopia a scansione di sonda. Nanolitografia, Fabbricazione di dispositivi. Caratterizzazione morfologica, strutturale ed elettrica di nanostrutture. Metodi di caratterizzazione innovativi per lo studio locale delle proprietà elettroniche (libero cammino medio, mobilità, capacità) del grafene su vari substrati ed, in particolare, del grafene epitassiale su SiC e dell'interfaccia graphene/SiC. Caratterizzazione su scala nanometrica di eterostrutture (tipo AlGaN/GaN, 3C-SiC/4H-SiC,…). (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Sebbene la ricerca sul grafene sia attualmente ad uno stadio iniziale, che coinvolge lo sviluppo di metodi di sintesi e di processi di base per la fabbricazione di dispositivi, le eccellenti proprietà fisiche di questo materiale preannunciano che l'introduzione di una tecnologia sul grafene potrà avere un notevole impatto a livello industriale. I campi di applicazione di questa tecnologia sono svariati: dall'elettronica integrata (dispositivi ad alta frequenza, interconnessioni), all'elettronica a basso costo su substrati flessibili, dalla produzione di energia (fotovoltaico) alla sensoristica, alle applicazioni in campo biomedico. (literal)
Tecnologie
  • ICP mask definition Etching of nanostructures Nanoimprinting lithography: Hot embossing and UV-NIL (literal)
Obiettivi
  • Principali obiettivi a breve: -Studio delle proprietà strutturali ed elettroniche di grafene epitassiale cresciuto su diverse orientazioni del SiC esagonale (cioè (0001), (000-1), (11-20), (11-2n)), su SiC(0001) con differenti angoli di taglio (on-axis e off-axis) e su SiC cubico (3C-SiC). -Studio di contatti Ohmici e di contatti Schottky graphene-epitassiale/SiC(0001) e studio locale dell'interfaccia metallo/grafene. -Sviluppo di metodi per il trasferimento del grafene cresciuto per CVD su fogli metallici e film sottili verso substrati di interesse per l'elettronica integrata e su larga area (Si, SiO2, SiC, GaN, substrati polimerici). -Studio delle proprietà elettriche di dielettrici su grafene. -Studi preliminari su altri materiali bidimensionali (BN, MoS2) ed isolanti topologici. I suddetti sono il punto di partenza per la definizione di obiettivi a lungo termine quali: -Realizzazione di transistori RF in grafene ad alte prestazione; -Realizzazione di dispositivi basati sulla barriera Schottky tunabile grafene/semiconduttore -Realizzazione di transistori su substrati flessibili per sensori ambientali e di pH. -Realizzazione di elettrodi trasparenti conduttivi in grafene. (literal)
Stato dell'arte
  • Il grafene è un materiale di interesse per l'elettronica integrata (dispositivi RF, interconnessioni,..), l'optoelettronica e il fotovoltaico (elettrodo trasparente, conduttivo e flessibile). Attualmente i metodi più avanzati per ottenere grafene su larga area e di alta qualità l'elettronica sono la crescita epitassiale su SiC e la crescita CVD su metalli catalitici (Ni, Cu) e il successivo trasferimento. Le proprietà elettroniche (drogaggio, mobilità) del grafene epitassiale su SiC possono essere opportunamente ingegnerizzate modificando le proprietà dell'interfaccia col substrato. Il grafene CVD può essere trasferito su qualsivoglia substrato ma il trasferimento è una fase critica per l'integrità strutturale ed elettronica. Aspetti critici nella fabbricazione di dispositivi RF in grafene sono i contatti metallo/grafene a bassa resistenza di contatto e la deposizione di dielettrici di gate di elevata qualità a bassa temperatura. Alcune fra le maggiori sfide sono lo sviluppo di metodi per l'ingegnerizzazione di un bandgap in grafene e l'integrazione del grafene con altri materiali 2D, come BN (isolante per dispositivi tunnel grafene/BN/grafene) o MoS2 (semiconduttore a gap diretta) (literal)
Tecniche di indagine
  • Scanning probe microscopy: Scanning capacitance microscopy Scanning Spreading Resistance Microscopy Conductive atomic force microscopy Temperature resolved capacitance microscopy. Critical dimension atomic force microscopy. (literal)
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