La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica."— Transcript della presentazione:

1 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza S 2 DEL Solid State and Diamond Electronics Lab Università degli Studi Roma Tre CVD Diamond based Active Devices DiaC 2 Lab (Diamond & Carbon Compounds Lab) IMIP - CNR - Montelibretti (RM) Paolo Calvani

2 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza Daniele M. Trucchi Paolo Calvani Alessandro Bellucci Emilia Cappelli Stefano Orlando

3 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza Mechanical Applications Electronic Applications Study of Nucleation and Growth Mechanisms of CVD Diamond CVD Diamond protective coatings of cutting tools Coordination of MURST-CNR 5% Project Development of high-tech materials and ceramic coatings ENEA-MIUR PROMOMAT Strategic Project Secondary electron emission amplifiers for scanning electron microscopy MADESS II Applied Research Project VUV & DUV Radiation Detectors in collaboration with S2DEL – Univ. Roma Tre ASI ARS1/R07/01 Aerospace Project Poly-Diamond Radiation Dosimeters for Radiation Therapy Coordination of European Project DIAMOND G5RD-CT Nanostructured Carbon and graphene Structures for Opto-Electronic applications FIRB Project Micro & Nanocarbon & FISR Project High Density Memories Systems for direct nuclear-to-electric energy conversion Coordination of CNR-RSTL ECO-Diamond Project 2008-todayDevelopment of Single-Crystal Diamond dosimeters in collaboration with S2DEL - Univ. Roma Tre Thermionic-thermoelectric conversion module for solar concentrated systems E 2 PHEST 2 US Project CNR-IMIP: Know-How & Projects

4 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza Material Production ~ Hot Filament CVD for diamond film deposition Microwave CVD for diamond (doped) film deposition Technological Processes for Device Fabrication Characterization of Chemical-Physical Properties Characterization of Device Performance Spectral Photometry Raman & IR Pulsed laser (Excimer & Nd:YAG) ablation for (nanostructured) thin-film deposition of carbon, carbides, refractory metals RF Sputtering for deposition of metals Ti, Al, Cr, … SEM & EDS AFM Microscopy Spectroscopy MW-CVD for surface hydrogen termination Four-Point Probe under vacuum, T= °C X-Ray Photoconductivity Setup Secondary Electron Emission Characterization Setup Vacuum & Temperature Electronic Characterization (VTEC) (10 -9 Torr, T= K) for Thermionic Emission Seebeck Effect Measurement System for Thermoelectric Characterization Spectral (UV-Vis- NIR) Photoconductivity Setup CNR-IMIP: Facilities

5 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza Material Band gap Thermal conductivity Breakdown electric field E b Mobility Carriers sat. velocity v sat Dielectric constant ε r eVW/cmK10 6 V/cmcm 2 /Vs10 7 cm/s- Diamond h Gallium nitride Silicon carbide Gallium Arsenide Silicon Germanium High Frequency – High Power Field Effect Transistors UV Power Switches Renewable Energies Conversion Stages Diamond Electronic Properties

6 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza Plasma assisted Hydrogen termination of CVD Diamond induces p-type conductive channel 6 Evolution of the band bending, activated by air exposure, during the electron transfer process at the interface between diamond and water layer [b] : density-of-states (DOS) is changing from 3D to 2D: 2DHG High Frequency – High Power Field Effect Transistors Fabricated by S2DEL and IFN-CNR

7 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza Channel conductance is always positive. No self heating effects! Maximum V DS applied =80 V E applied = 2 MV/cm RF Power Characterization by Politecnico di Torino CLASS 2GHz P out =0.2 W/mm Gain=8 dB PAE=21.3% P 1GHz ~ 0.8 W/mm [a] Best result for Polycrystalline Diamond L G =200nm, W G =50um V DS =-14 V, V GS =-0.3 V f MAX = 15.2 GHz f t = 6.2 GHz

8 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza -20 dB/dec. V GS =-0.2 V, V DS =-10 V Gain = 15 1 GHz E applied = 0.5 MV/cm W G =25 μm W g =50 μm f MAX =26.3 GHz f T = 13.2 GHz Gain = 22 1 GHz f MAX = 23.7 GHz f T = 6.9 GHz Polycrystalline Diamond PolyD4 by Russian Academy of Sciences Single Crystal Diamond P7MS by Russian Academy of Sciences L G =0.2 μm RF Small Signal Characterization in collaboration with by Tor Vergata University

9 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza -20 dB/dec. L g =0.2 μm, W g =25 μm V GS =0.0 V, V DS =-35 V Gain = 16 f MAX = 35 GHz f T = 10 GHz E applied = 1.75 MV/cm Polycrystalline Diamond PolyD4 by Russian Academy of Sciences

10 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza S2DEL

11 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza DUT 50 Oscilloscope input resistance Lecroy WavePro GHz 16Gs/s digital oscilloscope Picosecond 5550B 18 GHz Bias tee V DS =193 nm Si diode (for trigger) Neweks PSX 100 excimer laser Filled with ArF gas mixture x Laser pulse shape recorded by vacuum phototube GPIB V GS (Keithley 617) UV POWER SWITCHES

12 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza V DS =-9.6 V 12/23 V GS =-3.4 V SourceDrain G diamond UV generated carriers

13 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza 13/23 SourceDrain G diamond UV generated carriers

14 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza EU Project E 2 PHEST 2 US Partners: CNR (Italy, Scientific Coordination) CRR (Italy, Management Coordination) SHAP (Italy) Tel Aviv University (Israel) Tubitak (Turkey) Prysmian (Multinational Industry) Maya (San Marino) Duration: 3 years (Jan Jan 2013) Total Project Cost: 2.68 M Total EU Funding: 1.98 M *For details, Renewable Energies Conversion Stage

15 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza EU Project E 2 PHEST 2 US R load n p n p n p T R ( °C) TETE T C ( °C) T TE T Amb Radiation Absorber Thermionic Emitter Thermionic Stage Load Inter-electrode Space (<1 mm) Collector Thermoelectric Stage Load Thermoelectric Stage Final Thermal Stage Concentrated Solar Radiation (400 – 1000 suns) Development of: A radiation absorber made of ceramic materials able to work stably at high temperature ( °C) A thermionic conversion stage with CVD diamond as the active material A thermoelectric conversion stage constituted by high Seebeck coefficient materials Maximum theoretical efficiency 30% T z Under Vacuum *For details,

16 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza S 2 DEL Solid State and Diamond Electronics Lab Università degli Studi Roma Tre CVD Diamond based Active Devices DiaC 2 Lab (Diamond & Carbon Compounds Lab) IMIP - CNR - Montelibretti (RM) Thanks for the attention

17 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza

18 Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica ed Elettronica di Potenza Alternative Technology in Concentrating Systems Multi-junction Photovoltaic Cells Thermodynamic Conversion by Heat Engines (Stirling, Rankine) Highly Expensive Mandatory Need of Cooling (Conversion Efficiency Exponentially Decreases with Temperature) Illumination Local Inhomogeneities Causes Output Bottlenecks Production Dependent on Semiconductor Industry (Few Large-Scale World Suppliers) Nominal Conversion Efficiency of 30% Compactness No mechanical parts in movement Nominal Conversion Efficiency of 35% at High Temperatures (> 600 °C) Not Compact System Mechanical Parts in Movement (Degradation with Operative Time) Economically Reasonable for Large Plants (> 10 kWe)


Scaricare ppt "Viareggio – CAEN June 24 th, 2011 Elettronica basata sul Diamante: Applicazioni nella Fisica delle Alte Energie, Fisica Nucleare, Astrofisica, Fisica Medica."

Presentazioni simili


Annunci Google