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Laboratorio di Strumentazione Elettronica Proposte di attività per il Progetto Elettronico per gli studenti del Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica.

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Presentazione sul tema: "Laboratorio di Strumentazione Elettronica Proposte di attività per il Progetto Elettronico per gli studenti del Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica."— Transcript della presentazione:

1 Laboratorio di Strumentazione Elettronica Proposte di attività per il Progetto Elettronico per gli studenti del Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni

2 2 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Gruppo di ricerca Stretta collaborazione con gruppo del prof. Valerio Re dellUniversità di Bergamo (Massimo Manghisoni, Gianluca Traversi) Lodovico Ratti, responsabile del Laboratorio di Strumentazione Elettronica Tre dottorandi attualmente impegnati in attività di ricerca presso il nostro gruppo: Alessia Manazza, Emanuele Quartieri e Stefano Zucca

3 3 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Caratterizzazione di dispositivi realizzati con tecnologie innovative Studio degli effetti delle radiazioni su dispositivi e circuiti Caratterizzazione di tecnologie CMOS submicrometriche planari (L min =40 nm) Progetto e caratterizzazione di elettronica di lettura in tecnologia CMOS per rivelatori di radiazione ad elevata risoluzione spaziale (pixel) Sensori monolitici in tecnologia CMOS da 130 nm ad integrazione verticale (3D) Linee di ricerca Sensori monolitici in tecnologia CMOS INMAPS da 180 nm Caratterizzazione di tecnologie CMOS submicrometriche ad integrazione verticale (L min =130 nm) Sensori monolitici e dispositivi singoli realizzati in tecnologia CMOS 3D Sensori monolitici e dispositivi singoli (diodi) realizzati in tecnologia CMOS INMAPS

4 4 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Rivelatori di radiazione: come funzionano Un rivelatore di radiazione ha la stessa struttura di un diodo polarizzato in regione inversa La carica rilasciata in seguito al passaggio di una particella viene raccolta ad un elettrodo (moto per deriva o per diffusione) In un sensore monolitico il rivelatore ed i circuiti di lettura sono realizzati sul medesimo substrato

5 5 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello A cosa servono Un rivelatore di radiazione può servire a misurare la quantità di energia rilasciata da una particella lintensità o dose della radiazione (ovvero il numero di particelle incidenti) il tempo di arrivo di una particella x y rivelatore a pixel tracce superficie esterna superficie interna vertice (origine) la posizione in cui una particella attraversa una certa superficie (o la direzione lungo la quale la particella si muove, in questo caso sono richiesti almeno due strati di rivelatori)

6 6 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Dove si usano Diagnostica medica Astronomia spaziale Fisica delle particelle Riconoscimento e datazione di opere darte

7 7 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Pixel monolitici in tecnologia CMOS 2D e 3D 1 st wafer 2 nd wafer WB/BB pad TSV Inter-tier bond pads I strato (circuiti analogici e sensore) II strato (circuiti digitali) Sensori di radiazione monolitici realizzati con una tecnologia CMOS da 130 nm in tecnologia planare e ad integrazione verticale Applicazioni nella fisica delle alte energie ed in campo biomedico (esame radiografico di tessuti biologici)

8 8 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Progettazione di circuiti 3D

9 9 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello CFCF V fbk AGND DVDDAVDD DGND VtVt strato 1 (BOTTOM) strato 2 (TOP) preamplificatore discriminatore Inter-tier bond pads AVDD Schema del canale di lettura ai blocchi digitali

10 10 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Prototipi di sensori in tecnologia 3D Diverse strutture di test: matrici di sensori di piccole, medie e grandi dimensioni (3x3, 8x8, 16x16, 249x256), singoli canali di lettura con e senza sensore Caratterizzazione dei dispositivi con strumentazione da banco (oscilloscopi, generatori di forme donda) e con laser infrarosso (studio della raccolta di carica)

11 11 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Tecnologia CMOS INMAPS Consente di ottimizzare il funzionamento di un sensore monolitico (ovvero massimizzare lefficienza di raccolta della carica) schermando le N-well dal substrato mediante uno strato p+ sepolto e consentendo di utilizzare transistori PMOS nel progetto dei circuiti di lettura (analogici e digitali) Tecnologia CMOS standard Tecnologia CMOS con quadrupla well

12 12 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Matrice 32x32 matrix (4-diode pixels) con architettura di lettura digitale selettiva Matrici 3x3 per caratterizzazione del sensore e dellelettronica di lettura analogica Diodi Nwell/strato epitassiale p, singoli pixel (sensore+circuito di lettura) Prototipi di sensori in tecnologia CMOS INMAPS

13 13 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Sezione analogica Preamplfiicatore di carica Filtro Discriminatore Sezione digitale Elettrodi di raccolta Capacità di ingresso del filtro Cella elementare

14 14 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Test di pixel monolitici Strutture di test costituite da matrici di sensori con lettura digitale, piccole matrici con uscita analogica, singoli canali con e senza sensore connesso Test effettuati mediante schede stampate, che consentono di interfacciare il chip con strumentazione di misura

15 15 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Possibili attività su pixel monolitici CMOS Caratterizzazione di sensori monolitici a pixel attivi in tecnologia CMOS da 130 nm Test su sensori monolitici CMOS stimolati con laser infrarosso Simulazione a livello fisico di sensori monolitici con CAD tecnologico Progetto, simulazione e layout di uno o più blocchi circuitali (preamplificatore di carica, filtro formatore, comparatore) per lettura di segnali da sensori di radiazione Caratterizzazione di sensori monolitici a pixel attivi in tecnologia CMOS INMAPS da 180 nm

16 16 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Caratterizzazione di dispositivi a semiconduttore Circuito di polarizzazione di gate e drain Amplificatore a transimpedenza a basso rumore Stadio di guadagno S D.U.T. Circuito di polarizzazione del bulk/well Analizzatore di spettro RFRF Caratterizzazione statica, di segnale e di rumore di dispositivi singoli realizzati in tecnologie CMOS estremamente scalate (deep submicron)

17 17 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Resistenza alle radiazioni in dispositivi e circuiti Nei dispositivi CMOS leffetto principale della radiazione ionizzante consiste nella generazione di carica allinterno dellossido di silicio (ossido di gate, ossido di campo, shallow trench isolation) e/o allinterfaccia Si/SiO 2 Lesposizione a radiazione ionizzante può dunque comportare variazione della tensione di soglia, aumento delle correnti di leakage di drain ed aumento del rumore elettronico Lobiettivo dellattività è stabilire come i mutamenti dei processi produttivi alterino le proprietà dei circuiti microelettronici dal punto di vista della resistenza alle radiazioni G DS G D STI S

18 18 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello GATESOURCEDRAIN SOURCE GATE Layout chiuso Leakage paths Layout standard Layout resistente alle radiazioni La resistenza alle radiazioni di un circuito può essere migliorata disegnando in maniera opportuna i dispositivi che lo compongono (in realtà solo quelli la cui degradazione può compromettere il funzionamento del circuito) E interessante verificare i vantaggi offerti dalluso di un layout chiuso attraverso la caratterizzazione, in particolare sotto il profilo del rumore elettronico, di sensori monolitici esposti a radiazione ionizzante

19 19 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Possibili attività relative a caratterizzazione di tecnologie CMOS Studio sperimentale delle caratteristiche di rumore in dispositivi CMOS con lunghezza minima di canale pari a 40 nm Studio della resistenza alle radiazioni di dispositivi CMOS con lunghezza minima di canale pari a 40 nm Caratterizzazione di dispositivi CMOS da 130 nm realizzati in tecnologia ad integrazione verticale Studio della tolleranza alle radiazioni ionizzanti di dispositivi singoli e sensori monolitici CMOS da 130 nm realizzati in tecnologia ad integrazione verticale Studio della resistenza alle radiazioni in sensori monolitici realizzati in tecnologia CMOS INMAPS da 180 nm e strato epitassiale ad alta resistività

20 20 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello progetto di circuiti analogici a basso rumore elettronico uso degli strumenti software più diffusi per la simulazione ed il progetto di circuiti elettronici caratteristiche delle tecnologie CMOS bulk di più recente introduzione e di altre tecnologie innovative comportamento dei dispositivi elettronici, anche a livello fisico, approfondito a livello sia teorico, sia sperimentale uso di strumentazione di laboratorio avanzata Quali opportunità offre lattività presso il Laboratorio di Strumentazione Elettronica Lattività presso il Laboratorio di Strumentazione Elettronica può coprire gli aspetti sperimentali e/o teorici degli argomenti proposti Offre allo studente, a seconda dellargomento affrontato, la possibilità di acquisire competenze relativamente a

21 21 Proposte di attività per studenti della Laurea di Primo Livello Lodovico Ratti, Laboratorio di Strumentazione Elettronica Contatti


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