Laboratorio di Strumentazione Elettronica Proposte di attività per il Progetto Elettronico per gli studenti della Laurea di Primo Livello

Gruppo di ricerca Lodovico Ratti, responsabile del Laboratorio di Strumentazione Elettronica Stretta collaborazione con gruppo del prof. Valerio Re dell’Università di Bergamo (Massimo Manghisoni, Gianluca Traversi) Tre dottorandi (Alessia Manazza, Emanuele Quartieri e Stefano Zucca) ed un post-doc (Luigi Gaioni) attualmente impegnati in attività di ricerca presso il nostro gruppo

Linee di ricerca Progetto di elettronica di lettura in tecnologia integrata per rivelatori di radiazione ad elevata risoluzione spaziale Sviluppo di sensori monolitici a pixel attivi (MAPS) in tecnologia CMOS deep submicron e CMOS 3D per applicazioni a minimo ingombro e bassa dissipazione di potenza Caratterizzazione di dispositivi e circuiti realizzati con tecnologie innovative Caratterizzazione di tecnologie CMOS submicrometriche (Lmin=65, 45 nm) Test di dispositivi e circuiti appartenenti a processi produttivi CMOS ad integrazione verticale (tecnologie 3D, 130 nm) Sviluppo di strumentazione per misure di rumore ad elevata precisione su un esteso intervallo di frequenze Studio degli effetti delle radiazioni su dispositivi e circuiti

Pixel attivi monolitici in tecnologia CMOS Rivelatori di radiazione con amplificatore realizzato sullo stesso substrato del sensore Tecnologia CMOS deep submicron (130 nm)

Pixel attivi monolitici in tecnologia CMOS Preamplificatore Filtro formatore Discriminatore Latch PMOS NMOS P-well Gm A(s) b0 b1 + CF C1 C2 Vt RST VF Front-end per rivelatori di tipo capacitivo

Pixel attivi monolitici in tecnologia CMOS 25 mm 25 mm Matrici di sensori ad elevata risoluzione spaziale e basso ingombro trasversale (rivelatori sottili)

Possibili attività su MAPS CMOS Caratterizzazione di circuiti per lettura di segnali da sensori integrati in tecnologia CMOS da 130 nm Test su sensori CMOS integrati stimolati con laser infrarosso (raccolta di carica) Progetto, simulazione e layout di uno o più blocchi circuitali (preamplificatore di carica, filtro formatore, comparatore) per lettura di segnali da sensori CMOS integrati Simulazione a livello fisico di sensori MAPS con software TCAD (CAD tecnologico)

Rumore nei dispositivi CMOS La misura del rumore elettronico nei dispositivi CMOS richiede la realizzazione di circuiti di interfaccia (tra dispositivo ed analizzatore di spettro) 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 RF Larga banda (>100 MHz) Rumore elettronico estremamente basso

Resistenza alle radiazioni in dispositivi e circuiti Nei dispositivi CMOS la radiazione ionizzante genera carica negli ossidi (ossido di gate, ossido di campo, shallow trench isolation) e può danneggiare l’interfaccia Si/SiO2 L’esposizione a radiazione ionizzante può dunque comportare variazione della tensione di soglia, aumento delle correnti di leakage di drain ed aumento del rumore elettronico G D STI + S G D S +

Possibili attività relative a caratterizzazione di tecnologie CMOS standard e 3D Studio sperimentale delle caratteristiche di rumore in dispositivi CMOS con lunghezza minima di canale pari a 65 e 45 nm Realizzazione di strutture di test in tecnologia CMOS per lo studio delle proprietà di rumore e di resistenza alle radiazioni Caratterizzazione sotto il profilo del rumore e della resistenza alle radiazioni di dispositivi e circuiti appartenenti a processi CMOS standard e ad integrazione verticale (130 nm) Sviluppo di circuiti di interfaccia (progetto, simulazione, realizzazione di PCB) a larga banda per misure di rumore su dispositivi elettronici

Quali opportunità offre l’attività presso il Laboratorio di Strumentazione Elettronica L’attività presso il Laboratorio di Strumentazione Elettronica può coprire gli aspetti teorici e/o sperimentali degli argomenti proposti Offre allo studente, a seconda dell’argomento affrontato, la possibilità di acquisire competenze relativamente a progetto e realizzazione di circuiti analogici a basso rumore (in tecnologia integrata e non) 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 (e.g. processi di integrazione verticale o 3D) comportamento dei dispositivi elettronici, anche a livello fisico, approfondito a livello sia teorico, sia sperimentale uso di strumentazione di laboratorio avanzata