Fisica dei semiconduttori e dei cristalli avanzati

Fisica dei semiconduttori e dei cristalli avanzati

Staff

Alberto Carnera, Andrea GasparottoEnrico NapolitaniDavide De Salvador, Andrea Sanson (Ricercatore), Marco Bazzan (Ricercatore), Sara Maria Carturan (tecnico laureato), Gianluigi Maggioni (tecnico laureato), Luca Bacci (tecnico).

Borsisti e dottorandi

Ruggero Milazzo, Francesco Sgarbossa, Chiara Carraro.

Attività di ricerca

Il gruppo ha lo scopo di sviluppare processi innovativi per futuri dispositivi a semiconduttore e altri materiali avanzati usando le proprie competenze riguardo alle caratterizzazioni strutturali ed elettriche e di modellizzazione. La ricerca al DFA si basa sui seguenti strumenti:
-    Secondary ion mass spectrometry (SIMS)
-    High resolution X-ray diffraction (HRXRD)
-    Van der Paw - Hall anche a temperature criogeniche
-    Rapid Thermal Processing
-    Laboratorio di Laser Processing (di prossima attivazione)
-    Laboratorio di crescita Czochralski
-    Laboratorio di Ottica

Presso i vicini Laboratori Nazionali di Legnaro il gruppo ha accesso- nell’ambito di una convenzione tra UNIPD-DFA e INFN-LNL ad altre facility:
-    Rutherford Backscattering Spectrometry/ Nuclear Reaction Analysis in configurazione di channeling
-    Camera pulita e laboratorio chimico
-    Sputtering

Inoltre il gruppo accede a facility internazionali di luce di Sincrotrone (ESRF, ELETTRA) e al laboratorio micro Raman dell’università di Verona. 


Principali filoni di ricerca


Drogaggio alla nanoscala

(Enrico Napolitani, Davide De Salvador, Alberto Carnera)
I processi di  drogaggio vanno investigati sulla scala nanometrica per poter sviluppare i dispositivi nano-elettronici del futuro. A questo scopo, sviluppiamo studi sperimentali di base e modelli rate-eqautions per comprendere come cambiano i fenomeni di diffusione e drogaggio su tale scala.


Drogaggio del Germanio

(Enrico Napolitani, Davide De Salvador, Alberto Carnera, Andrea Sanson)
Il germanio sta avendo un rinnovato interesse applicativo per la nanoelettronica e la fotonica e la sensoristica. La ricerca sul doping del Germanio va sviluppata sia sui processi standard (impiantazione e diffusione) per renderla matura come in silicio, sia su processi innnovativi per migliorare le prestazioni dei dispositivi in modo compatibile con la nanoscala:
-    Laser annealing per ottenere alti livelli di attivazione
-    Drogaggio di Ge iperpuro per migliorare le performance dei detector gamma.
-    Molecular doping, per il drogaggio sulla nanoscala


Cristalli per esperimenti di channeling

(Davide De Salvador, Alberto Carnera)
L’esperienza maturata nella lavorazione e caratterizzazione di cristalli ha posto le basi per sviluppare un applicazione esotica: cristalli curvi possono essere usati per deflettere fasci accelerati anche ultra-relativistici, con risvolti applicativi per le tecnologie degli acceleratori e la produzione di radiazione. Il gruppo costruisce e testa dispositivi a cristalli curvi principalmente di germanio ed esegue esperimenti a LNL, all’università di Mainz (MAMI) e al CERN, nell’ambito di collaborazioni nazionali e internazionali.


Nitruri

(Andrea Gasparotto)
Il nitruro di gallio e le sue leghe sono materiali strategici grazie alle loro proprietà: sono attualmente usati per fabbricare emettitori di luce visibile LED e Laser, e per l’elettronica di potenza. Per migliorare l’efficienza dei dispositivi è cruciale la ricerca in diversi ambiti, tra i quali il gruppo si occupa di studiare:
-    Il meccanismo di diffusione del drogante Mg ad alta temperature ed alta densità di corrente.
-    Il profilo di drogaggio di C e F usati per creare strati semi-isolanti
-    L’impiantazione ionica e l’attivazione di Mg e C per il drogaggio e l’isolamento elettrico.


Verso il controllo dell'espansione termica

(Andrea Sanson, Alberto Carnera)
L’espansione termica dei materiali rappresenta un problema in moltissime applicazioni tecnologiche. Nel design di nuovi materiali diventa quindi fondamentale riuscire a controllare l'espansione termica. Questo è possibile tramite l'utilizzo di materiali non convenzionali con proprietà di espansione termica negativa (NTE). In tale attività di ricerca vengono studiati tutti quei fenomeni fisici connessi alla NTE, e in collaborazione con la University of Science and Technology Beijing, i metodi possibili per il controllo dell'espansione termica, quali intercalazione chimica, sostituzione chimica, effetti nanometrici.


Trasporto di carica in ossidi ferroelettrici

(Marco Bazzan, Davide De Salvador)
Se paragonati con altri materiali di interesse tecnologico, la nostra comprensione dei meccanismi di fotogenerazione e trasporto di carica negli ossidi ferroelettrici è ancora limitata, e allo stesso tempo di estrema importanza per molte importanti applicazioni che vanno dall'ottica nonlineare allo sfruttamento dell'energia solare. L'attività di ricerca in questo settore è rivolta allo studio teorico e sperimentale dell'auto-localizzazione e del moto di portatori di carica (polaroni), principalmente in Niobato di Litio, tramite preparazione di campioni dedicati, analisi con tecniche ottiche ed elettriche e modellizzazione teorica dei risultati.


Rilevazione di disaccordo modale in cavità per interferometri gravitazionali

(Marco Bazzan)
La prossima generazione di interferometri per la misura di onde gravitazionali sarà operata con stati non classici di luce (luce “squeezed”) per migliorarne la sensibilità. Questo tipo di luce è però estremamente sensibile alle perdite ottiche, le quali ne degradano rapidamente le proprietà utili. Una delle principali sorgenti di perdite è costituita dall’imperfetto accoppiamento tra il campo ottico circolante nell’interferometro e le varie cavità ottiche di cui quest’ultimo è costituito. Questa attività di ricerca, svolta in collaborazione con il gruppo INFN Virgo PD – TN, è dedicata allo sviluppo di un nuovo tipo di sensore elettro-ottico per monitorare il disaccordo modale e fornire un segnale di retroazione volto alla sua cancellazione.