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1 CNR ed impresa: dalla ricerca fondamentale alle applicazioni industriali Corrado Spinella

2 Il Consiglio Nazionale delle Ricerche a Catania Settore disciplinare Struttura Acronimo Stato Fisica Scienza dei Materiali Chimica Scienza dei Materiali Istituto per la Microelettronica e Microsistemi IMM Istituto di Chimica i Biomolecolare oeoae ICB Istituto di Chimica e Tecnologia dei Polimeri Istituto di Biostrutture e Bioimmagini ICTP IBB Medicina Istituto Scienze Neurologiche ISN Beni culturali Agroalimentare Istituto per i Beni Archeologici e Monumentali Istituto per i Sistemi Agricoli e Forestali del Mediterraneo IBAM ISAFOM Sede principale Unità distaccata t Unità distaccata Unità distaccata Unità distaccata Unità distaccata Unità distaccata

3 Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM) Uffici (1.000 m 2 ) Laboratori (700 m 2 )

4 IMM: research activity ICT Energy conversion / efficiency Health / Environment safety monitoring zation / modeling Advanced characteri Micronanolectronics Photonics Sensors and microsystems Materials and processes for ultra scaled CMOS devices Materials and processes and devices for advanced RF and power electronics Nanoscale devices: graphene, CNTs, semiconductor nanowires, spintronics Materials, processes and devices for flexible electronics Si based light emitting devices Materials and processes for guiding the light Advanced photodetectors Functional materials for biosensing MEMS / MOEMS Materials and processes for gas sensors 136 researchers in seven sites: i) Catania headquarters; ii) Catania Physics Department; iii) Lecce; 136 researchers in seven sites: i) Catania headquarters; ii) Catania Physics Department; iii) Lecce; iv) Naples; v) Rome; vi) Bologna; vii) Agrate Brianza

5 V programma quadro ADAMANT: Advanced Memories based on discrete Traps LETI FLASH: Fundamentals and applications of LASer processing for Highly innovative MOS technology IMM FRENDTECH: Front end models for silicon future technology Fraunhofer IMPULSE: VI programma quadro Ion Implantation at Ultra Low Energy for Future Semiconductor Devices IMM FINFLASH: FINfet structures for FLASH devices IMM NUOTO: ManSiC: VII programma quadro New materials with ultra high k dielectric constant for tomorrow wireless electronics; Promoting and structuring a Multidisciplinary Academic Industrial Networking through the heteropolytype growth, characterization and applications of 3C SiC on hexagonal substrates IMM Lion Univ. NETFISIC Network on silicon carbide Lion Univ. EUROCORE program (European Science Foundation) GRAPHRF Growth of graphene on SiC for RF devices IMM ENIAC technological platform IMPROVE: LAST POWER Implementing Manifacturing science solutions to increase equipment PrOductivity and fab performance Large area silicon carbide substrates and heteroepitaxial GaN for power device applications ST ST

6 Memorie non volatili sempre più compatte Tecnologia standard d Difficoltà nella miniaturizzazione spinta Si policristallino Ossido di Si elettrone L ossido di isolamento deve essere ridotto sotto i 10 nm. Rischio di perdita delle informazioni Aumentando il rapporto altezza / larghezza della singola cella di memoria, le celle adiacenti cominciano ad interferire tra loro. Innovazione tecnologica Nano cristalli di silicio

7 Visualizzazione delle nanoparticelle di Si mediante microscopia Dalla ricerca di base elettronica in trasmissione filtrata in perdita di energia Deposizione chimica in fase vapore di Si su SiO 2 a 550 C 80 s 90 s 100 s Electron beam 110 s 120 s 140 s TEM screen Entrance aperture Slit CCD arrayay Magnetic prism Quadrupole and sextupole lenses

8 Highlights: Nanoscale capacitive behavior of graphene F. Giannazzo et al. Nano Letters 9(1), (2009) For the first time nanocapacitance measurements in graphene and indipendent method for LDOS imaging at nanoscale

9 Il finanziamento proveniente dall Industria è il 25% delle entrate dell IMM MiUR Industria Nell ambito della stretta collaborazione con l Industria, l IMM è coinvolto nello sviluppo di due laboratori pubbblicoprivato: Europa Regioni i CNR Migliaia di Euro il primo insieme a STMicroelectronics per q lo sviluppo di componenti elettronici su q substrati plastici (PLAST_ICs); il secondo insieme a Epitaxial Technology q Center SRL per lo sviluppo di attrezzature q avanzate per la produzione di fette di q carburo di silicio di interesse per q l elettronica e la sensoristica (SiCiLab).

10 Transistori su film sottili (TFT) di silicio policristallino su polyimide nm I ds I ds (µa) (A) I ds I (µa) V =0.1 V ds V ds =1 V V ds =10 V (a) V g (V) V g =8 V 16 V =9 V g V g =10 V 12 8 V g (V) Leakage < 1 pa I on /I off > 10 6 Field effect mobility up to 70 cm 2 /Vs Subthreshold slope 1 V/dec V t = 6 V 4 0 (b) V ds (V) V ds (V)

11 Laboratorio pubblico privato (SiCiLab) SiH 4 + C 2 H 4 + HCl + N 2

12 Nanotubi di carbonio per applicazioni sensoristiche in campo medicodiagnostico i o Apparato a scarica ad arco per la realizzazione di nanotubi di carbonio Immagine al microscopio elettronica a scansione Schema del prototipo di sensore 5 nm Immagine al microscopio elettronico in trasmissione di un singolo nanotubo di carbonio

13 Studio delle proprietà p elettriche nella nanoscala Punti sperimentali Linear Fit 30 Carbon nanotube Metal contact Metal contact Corrente[µA] R= 23,1±0,3 KΩ -5-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Volt [V] La presenza di una barriera energetica al contatto metallo/nanotubo produce un valore di resistenza più alto rispetto al limite teorico quanto balistico. ti Essa varia da 10 4 to 10 9 Ω e dipende fortemente dalla struttura atomica del nanotubo.

14 Si nanowires for PV applications Silicon nanowires (SiNWs) may have a strong impact on the current solar cell technology, allowing an efficient light trapping and extended junction interface. Si NWs TCO P3HT 10 µm metal SiO 2 Si 3 N 4 substrate

15 Valutazione Istituti CNR nell area Physical Science

16 Forte sinergia con l Università (Dipartimenti di Fisica, Chimica, Ingegneria Elettronica, Biologia) Nell ultimo quinquennio di attività, a Catania: 40 studenti hanno svolto la propria attività di tesi nei laboratori dell IMM. 15 PhD students L IMM si è impegnato nell organizzazione di un corso di dottorato di ricerca nel q campo dell nanoscienze in collaborazione con la Scuola Superiore di Catania

17 Alla realizzazione dei prototipi p Chip dimostratore da 16 Mb realizzato con memorie iea nanocristalli a i nanocristallo di silicio s dep, tun=5nm, ONO=12nm 10 5 erase program SiO 2 of cells er of cells No. Numb Fetta di silicio 5 nm Vg V G (V)