Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna PRIN: Studio e sviluppo di dispositivi termoelettrici nanostrutturati a base di silicio.

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1 Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna PRIN: Studio e sviluppo di dispositivi termoelettrici nanostrutturati a base di silicio

2 Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna Nanofili di silicio: caratteristiche termoelettriche I. Hochbaum, et al., Nature 451, 163 (2008) A. I. Boukai, et al., Nature 451, 168 (2008) Figura di merito Dispositivi Seebeck: multistrati di Bi 2 Te 3 /Sb ZT > 1 Silicio bulk monocristallino ZT ~ 3x10 -2 Nanofili di silicio: ZT > 1 2 S=coefficiente Seebeck, =resistività, k=conduttività termica

3 Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna Obiettivo I: Sviluppo di una tecnologia per la preparazione di nanofili di silicio che utilizzi tecniche consistenti con la loro produzione su larga scala senza l'impiego di tecniche di litografia avanzata. Obiettivo II: Fabbricazione ed ingegnerizzazione di strutture 2D per ottenere le stesse proprietà termoelettriche dei nanofili, in modo da abbattere i costi di produzione ed aumentare l'efficienza del dispositivo. Obiettivo III: Identificazione di un ciclo di impianto di He e trattamento termico capace di portare alla massima riduzione della conducibilità termica senza introdurre diminuzioni apprezzabili della resistività del materiale. Obiettivi del PRIN 3

4 Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna 4 Lattività dellUnità IMM-Bologna si sviluppa in tre fasi: Fase 1: sviluppo di un processo tecnologico di fabbricazione del singolo nanofilo di silicio e caratterizzazione termoelettrica c) Deposizione e definizione del SiO 2 a) Silicio massivo d) Deposizione del polisilicio b) Deposizione della membrana SiO 2 /Si 3 N 4 Flusso di processo per la realizzazione di nanofili di silicio e) Ossidazione parziale 20 nm

5 Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna 5 Lattività dellUnità IMM-Bologna si sviluppa in tre fasi: Fase 2: Fabricazione di nanostrisce verticali di silicio con la tecnica dello Spacer Patterning Technology (SPT) e caratterizzazione termoelettrica c) Deposizione e definizione del SiO 2 a) Silicio massivo d) Deposizione del polisilicio b) Deposizione della membrana SiO 2 /Si 3 N 4 e) Attacco al plasma direzionale del polisilicio f) Rilascio dei nanofili di silicio Flusso di processo per la realizzazione di nanosuperfici di silicio

6 Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna 6 Lattività dellUnità IMM-Bologna si sviluppa in tre fasi: Fase 3: fabbricazione di stack di nanostrisce orizzontali e caratterizzazione termoelettrica c) Deposizione del polisilicio a) Silicio massivo b) Deposizione della membrana SiO 2 /Si 3 N 4 d) Ossidazione parziale del polisilicio e) Formazione del multistrato SiO 2 /Si f) Definizione delle nanosuperfici Flusso di processo per la realizzazione di nanosuperfici di silicio

7 Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna Caratterizzazione termoelettrica: Realizzazione di strutture di test per la misura on-chip della conducibilità termica e del potere termoelettrico Metallizzazioni Deposizione Poly 1: Riscaldatore e termistore Deposizione Poly 2: array di nanofili Contatti Apertura della passivazione Rilascio della membrana Metallizzazione Layout di una microstruttura per la misura del potere termoelettrico e della conducibilità termica Flusso di processo utilizzato per la fabbricazione delle strutture di test 7 Struttura di test realizzata per la misura della conducibilità termica del poly n

8 Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna 8 Unità Responsabile Unità di Ricerca Ente I Frabboni Stefano UniMoRE II Narducci Dario UniMib III Mariotto Gino UniVr IV Cardinali Gian Carlo IMM - CNR Composizione delle unità operative

9 Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna IMM Bologna 9 Durata: 24 mesi Finanziamento complessivo richiesto: 300 k Finanziamento IMM-CNR richiesto: 120 k Personale coinvolto: G. C. Cardinali, M. Ferri, F. Mancarella, A. Roncaglia, S. Solmi, reparto tecnologico Attività IMM-CNR: Progettazione, fabricazione e caratterizzazione elettrica di nanofili e nanosuperfici di silicio