Descrizione del modulo "MATERIALI E DISPOSITIVI A BASE CARBONIO (MD.P05.022.003)"

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  • Descrizione del modulo "MATERIALI E DISPOSITIVI A BASE CARBONIO (MD.P05.022.003)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • 1. Aumento dell'efficienza di sfruttamento dell'energia solare in concentratori. Sviluppo di sistemi a concentrazione cogenerativi per uso domestico. 2. Lo sviluppo di dosimetri X, UV e per radioterapia più sensibili e dalla risposta lineare potrebbe permettere monitoraggi ambientali e trattamenti medicali ed oncologici più accurati. Monitoraggio di sorgenti radioattive per applicazioni in security di porti e aeroporti. (literal)
Tematiche di ricerca
  • 1. Conversione di energia da sorgenti ad alta temperatura: a) Sviluppo di celle solari ad alta temperatura per solare a concentrazione; b) Sviluppo di moduli di conversione elettrica e termica in concentratori solari; c) Sviluppo di materiali termoelettrici nanostrutturati ad elevato coefficiente Seebeck ed operanti a temperature >300 °C. 2. Rivelazione di radiazione ionizzante: a) Sviluppo di dosimetri per radioterapia; b) Sviluppo di spettrometri e matrici per neutroni veloci. 3. Studio delle proprietà fisiche di sistemi a bassa dimensionalità e ad ampia bandgap; a) Determinazione della struttura elettronica di sistemi a a base carbonio; b) Proprietà angolari della emissione di campo da nanotubi di carbonio; c) Crescita di nitruro di silicio in forma cristallina, su substrato di silicio; d) Studio dell'influenza di difetti elettronicamente attivi sulle proprietà fisiche di semiconduttori ad ampia bandgap. (literal)
Competenze
  • Scienza dei materiali, fisica ed elettronica dello stato solido per la progettazione, realizzazione ed ottimizzazione delle proprietà di rivelatori e convertitori di energia a base di semiconduttori avanzati. Chimico-fisica delle deposizioni chimiche (CVD) e fisiche (PVD) assistite da plasmi. Ingegneria elettronica per l'interfacciamento ed automatizzazione di apparati sperimentali e sistemi di deposizione e trattamento materiali e/o dispositivi. Tecniche di spettroscopia e microscopia elettronica a effetto tunnel, preparazione di superfici pulite e ordinate in UHV. Fisica delle superfici e interfacce. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • 1. Industrie che utilizzano processi di produzione ad alta temperatura: recupero di energia mediante tecnologie adattabili dal solare a concentrazione. 2. Industrie produttrici di semiconduttori: semiconduttori innovativi e/o multilayers di essi. (literal)
Tecnologie
  • Sistemi di deposizione film sottili: -Hot-Filament CVD per deposizione diamante e film di carbonio nanostrutturato; -Microwave CVD per deposizione diamante e trattamenti di idrogenazione delle superfici; -Reactive PLD per deposizione di carbonio nanostrutturato, DLC, carburi, nitruri ed ossidi metallici; -Sputtering per deposizione di film metallici. -Banco di elettronica per sviluppo stadi di amplificazione e controllo. (literal)
Obiettivi
  • 1. Realizzazione di uno stadio combinato termoionico/termoelettrico con efficienza >25% (medio-lungo periodo). Trattamento di superfici di materiali ceramici per ottenere un'assorbanza nello spettro solare >95% (medio periodo). Realizzazione di multilayers di semiconduttori a band-gap scalabile con efficienze >20% e costi di produzione pari al 25% delle celle multigiunzione di terza generazione (medio-lungo periodo). 2. Ottimizzazione di spettrometri per neutroni veloci mediante ottimizzazione delle giunzioni metallo semiconduttore, strutture 3D e controllo di difetti elettronicamente attivi. 3. Indagine sul meccanismo responsabile della conducibilità di superficie del diamante idrogenato mediante correlazione fra struttura elettronica e proprietà elettriche. Realizzazione di strutture Si/SiN riproducibili e stabili per applicazioni elettroniche. (literal)
Stato dell'arte
  • 1. I concentratori solari sono una valida alternativa al fotovoltaico (PV) esteso in termini di costo di fabbricazione. La conversione di energia avviene mediante cicli termodinamici (CSP – concentrated solar power) o mediante integrazione di celle PV multi-giunzione (CPV – concentrated PV). L'obiettivo R&D è focalizzato sullo sviluppo di stadi di conversione innovativi che possano sfruttare le alte T operative dei CSP con i vantaggi di una tecnologia a stato solido (come nel CPV). Le celle PV multigiunzione hanno un'efficienza del 40%, ma il loro uso nel CPV è connesso a problematiche di raffreddamento e danneggiamento locale. Lo sviluppo di celle solari ad alta T mediante emissione elettronica rappresenta un'alternativa competitiva. 2. I rivelatori in diamante CVD stanno acquisendo notevole interesse applicativo per fasci di radiazione ionizzante e neutronica. Il lavoro R&D è incentrato sull'ottimizzazione del dispositivo. 3. Lo studio della struttura diamante/H è finalizzato alla realizzazione di dispositivi operanti ad alta frequenza e potenza. In strutture Si/SiN, uno strato di SiN (<1 nm) passiva la superficie del Si e ne permette lo sfruttamento delle proprietà elettroniche (literal)
Tecniche di indagine
  • Tecniche di indagine morfologica e composizionale: -Microscopia elettronica a scansione, ottica e a forza atomica; -Spettroscopia Raman, FT-IR e EDS. - Microscopia a effetto tunnel a bassa temperatura per lo studio delle superfici con risoluzione atomica (TorVergata) Caratterizzazione elettronica: -Spettroscopie elettroniche basate su fotoemissione; -VTEC (Vacuum & Temperature Electronic Characterization) per la misura di fotoemissione, fotoconductibilità ed emissione termoionica in ultra-alto-vuoto (10-9 Torr) e temperature da 77 a 1300 K; -Setup per la misura di emissione elettronica secondaria; -Setup a 4 contatti per la misura della resistività elettrica (da RT a 350 °C); -Setup di misura del coefficiente Seebeck da 77 a 750 K; Caratterizzazione dispositivi: -Setup per la caratterizzazione da raggi x in condizioni DC e AC di rivelatori di radiazione ionizzante ad alta intensità; -Sistema per la misura della fotoconducibilità spettrale (UV-Vis-IR). (literal)
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