Semiconduttori Inorganici

Il nostro obiettivo qui a CNR Nanotec è quello di sviluppare nuove nanostrutture e materiali semiconduttori che rappresentano la base per dispositivi optoelettronici e micro/nano elettronici sempre più efficienti. A questo scopo il nostro lavoro è focalizzato sullo studio dei processi di crescita e sintesi di questi materiali, e su come tali processi possano essere impiegati per l’ingegnerizzazione delle proprietà ottiche, elettroniche, magnetiche. Il centro offre la possibilità di studiare un’ampia gamma di materiali semiconduttori, grazie alla presenza di importanti facility dedicate alla sintesi e crescita di materiali appartenenti a diverse famiglie, e alla sinergia con altre piattaforme interne all’istituto, oltre a un’importante rete di collaborazioni nazionali e internazionali. Le applicazioni interessate spaziano dalla fotonica, alla sensoristica, alle bio-tecnologie.

Le principali linee di ricerca in questo contesto riguardano:

  1. Eterostrutture III-N
  2. Semiconduttori III-V
  3. Film sottili a base di silicio e sue leghe

Eterostrutture III-N

Il nitruro di gallio (GaN) e le sue leghe con alluminio e indio (AlGaN, InGaN, InGaAlN) sono dei semiconduttori di particolare interesse tecnologico a causa della banda di energia proibita diretta e tunabile, con la composizione della lega, dall’ultravioletto al vicino infrarosso. A questo si aggiungono importanti proprietà elettriche (alta tensione di breakdown, elevato campo elettrico critico) e termiche (alta conducibilità) che aprono la strada verso applicazioni quali transistor high frequency/high power di nuova generazione, e dispositivi optoelettronici quali LED, Laser e fotorivelatori per il deep-blue e l’ultravioletto. L’ulteriore robustezza chimica e meccanica ne rende particolarmente interessante l’impiego per sensing in condizioni aggressive, con elevate temperature, pressioni e presenza di sostanze corrosive. La nostra tecnologia per i nitruri si basa sulla tecnica metal organic chemical vapour deposition (MOCVD) combinata con strumenti di nanofabbricazione dedicati quali sistemi di etching basati sulla chimica del cloro e litografia UV.

Tematiche di ricerca:

  1. Creare protocolli per la rimozione dell’ossido e la preparazione della superficie del substrato alla fase iniziale del processo epitassiale, per vari tipi di substrato( (sapphire, SiC, Si, GaN, ZnO, LAO,..).
  2. Sviluppare e comprendere processi di crescita in grado di migliorare la qualità dei materiali.
  3. Crescita di nitruri ad alto contenuto di alluminio e indio (InAlN, AlGaN, InAlGaN,..).
  4. Aumentare l’efficienza quantica interna di HB-LEDs per il blu e il verde utilizzando eterostrutture quantistiche di InGaN cresciute su piani non polari (m e a).

Strategie

  1. Sviluppo di nuovi processi che combinano MOCVD, MBE e tecnologie al plasma.
  2. Processing e modulazione di interfacce in strutture multistrato.
  3. Approcci diagnostici in situ e in real time per il controllo e la comprensione dei processi di crescita.
  4. Utilizzo estensivo di tecniche di caratterizzazione per correlare processi, proprietà e funzionalità.

Semiconduttori III-V

Per dare maggiore flessibilità alla progettazione e alle performance dei dispositivi elettronici ed optoelettornici, ci occupiamo di allargare l’offerta esistente di materiali semiconduttori usando nuove leghe e strutture a confinamento quantistico.

Tematiche di ricerca:

  1. Studio dei principali meccanismi di crescita in sistemi di molecular beam epitaxy (MBE) alla base della formazione di quantum dot di InAs/GaAs, e loro proprietà strutturali per applicazioni in fotonica, telecomunicazioni e fotovoltaico.
  2. Strategie di crescita innovative per semiconduttori con bismuto (GaAsPBi, GaAsSbBi), interessanti candidati per dispositivi optoelettronici e spintronici di nuova generazione.
  3. Crescita MOCVD di nanostrutture di InN, InP, usando Vapour-Liquid-Solid (VLS) phase Epitaxy.
  4. Funzionalizzazione superficiale di III-V (GaAs, InAs, InP, GaP) per applicazioni di sensing biologico e chimico.

Film sottili e leghe di Silicio

Il silicio, in tutte le sue forme (cristallino, microcristallino, nanocristallino e amorfo) è la base di tutta la attuale microelettronica e la tecnologia fotovoltaica. Applicando al silicio il concetto di “bandgap engineering” è possibile ottenere nuove proprietà. Usando leghe come silicio germanio (Si:Ge), silicio carbonio (Si:C) è possibile ad esempio tunare la gap da meno di 1eV per Si:Ge a >2.5eV per Si:C, fino ad arrivare a dielettrici come Si:N e SiO2. La ricerca in questo campo copre sintesi del materiale e caratterizzazione e modelling di dispositivi per elettronica e fotovoltaico.

Tematiche di ricerca:

  1. Deposizione plasmochimica di silicio amorfo e microcristallino con PECVD usando come precursori SiF4-H2-He e SiH4-H2-He.
  2. Deposizione PECVD assistita da Sputtering di film sottili di silicio drogato erbio.
  3. Studio delle proprietà ottiche, elettriche e composizionali, e correlazione tra configurazione di legame, dinamiche di crescita, nanostrutture del film e proprietà ottiche.

Strategie:

  1. Sviluppo e comprensione dei processi di plasma per migliorare la qualità del materiale.
  2. Processing di substrati e ottimizzazione di interfacce in strutture multistrato
  3. Ottimizzazione e comprensione della correlazione tra nanostrutture e proprietà ottiche per ottimizzazione dei dispositivi.
  4. Approcci diagnostici in situ e in real time per il controllo e la comprensione dei processi di crescita.

Facilities & Labs

Nanotec @ Lecce

Nanotec @ URT Bari

People

passaseo

Adriana

Passaseo

Ricercatore CNR

massimo_cuscuna

Massimo

Cuscunà

Tecnologo CNR

espositomarcoMarco

Esposito

Studente Associato PhD

Giovanni_Bruno

Giovanni

Bruno

Dirigente di Ricerca CNR

VittoriannaTasco

Vittorianna

Tasco

Ricercatore CNR

Iolena_tarantiniIolena

Tarantini

Tecnico Associato

Maria_LosurdoMaria

Losurdo

Dirigente di Ricerca CNR

mariamichelgiangregorio_researcherMaria Michela

Giangregorio

Ricercatore CNR

Publications

  1. W. Jiao, W. Kong, J. Li, K. Collar, T.H. Kim, M. Losurdo, A.S. Brown, Characterization of MBE-grown InAlN/GaN heterotructure valence band offset with varying In composition.AIP Advances, 6, 0352011 (2016); DOI: 10.1063/1.4944502
  2. W. Jiao, W. Kong, J. Li, K. Collar, T.H. Kim, M. Losurdo, A.S. Brown, The characteristics of MBE-grown InAlN/GaN surface states. Appl. Phys. Lett. 109, 082103 (2016); DOI: 10.1063/1.4961583
  3. A. Creti, V. Tasco, A. Cola, G. Montagna, I. Tarantini, A. Salhi, A. Al-Muhanna, A. Passaseo, M. Lomascolo, Role of charge separation on two-step two photon absorption in InAs/GaAs quantum dot intermediate band solar cells. Appl. Phys. Lett. 108, 063901 (2016). DOI: 10.1063/1.4941793
  4. W. Kong, A.T. Roberts, W.Y. Jiao, J. Fourmelle, T.H. Kim, M. Losurdo, H.O. Everitt, A.S. Brown, Room temperature Ultraviolet B emision from InAlGaN films synthesized by plasma-assisted molecular beam epitaxy, Appl. Phys. Lett. 107, 132102 (2015). DOI: 10.1063/1.4931942
  5. V. Tasco, M. Usman, M. De Giorgi, A. Passaseo, Tuning of polarization sensitivity in closely stacked trilayer InAs/GaAs quantum dots induced by overgrowth dynamics.  Nanotechnology, 25,  5 (2014). DOI: 10.1088/0957-4484/25/5/055207
  6. M. Forghani, Y. Guan, M. Losurdo, GaAs1-y-zPyBiz, an alternative reduced bandgap alloy system lattice-matched to GaAs,Appl. Phys. Lett. 105, 111101(2014). DOI: 10.1063/1.4895116
  7. W. Kong, A. Mohnta, A.T. Roberts, W.Y. Jiao, J. Fournelle, T.H. Kim, M. Losurdo, H.O. Everitt, A.S. Brown, Room temperature photoluminescence from InxAl(1-x)N films deposited by plasma-assisted molecular beam epitaxy,Appl. Phys. Lett. 105, 132101 (2014). DOI: 10.1063/1.4896849
  8. D. A. Cullen, D.J. Smith, A. Passaseo, V. Tasco, A. Stocco, M. Meneghini, G. Meneghesso, E. Zanoni, Electroluminescence and transmission electron microscopy characterization of reverse-biased AlGaN/GaN devices,Device and Materials Reliability, IEEE Transactions, 13, 1, 126-135(2013). DOI: 10.1109/TDMR.2012.2221464
  9. M. Usman, V Tasco, MT Todaro, M De Giorgi, EP O’Reilly, G Klimeck, A Passaseo, The polarization response in InAs quantum dots: theoretical correlation between composition and electronic properties, Nanotechnology, 23, 16 (2012). DOI: 10.1088/0957-4484/23/16/165202
  10. D. Munoz-Martin, Y. Chen, M. Morales, J. J. Garcia-Ballesteros, J. Carabe, J.J. Gandia, J. D. Santos, M. Losurdo, G. Bruno, C. Molpeceres, “Parameterization of a-Si crystallization by continuous-wave green laser irradiation: from single spot to large area” J. Photon. Energy 5, 053086 (2015). DOI: 10.1117/1.JPE.5.053086

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    Bari, 27 novembre 2018 

    Sottoscritto stamane l’accordo tra Regione PugliaCnr Consiglio nazionale delle ricerche, Irccs Giovanni Paolo II di Bari e Università di Bari per l’avvio della seconda fase del Tecnopolo per la Medicina di Precisione. Sede del tecnopolo, il CnrNanotec.

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