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Jun 29, 2023

Potenziare l'elettronica avanzata con materiali stratificati e ampi

Il carburo di silicio (SiC) e i nitruri del gruppo III (GaN, AlN, InN e relative leghe) svolgono un ruolo cruciale nella conversione di potenza ad alta efficienza energetica, nell'elettronica ad alta frequenza e nell'optoelettronica. Combinando il

Il carburo di silicio (SiC) e i nitruri del gruppo III (GaN, AlN, InN e relative leghe) svolgono un ruolo cruciale nella conversione di potenza ad alta efficienza energetica, nell'elettronica ad alta frequenza e nell'optoelettronica. Combinando la tecnologia matura di questi semiconduttori ad ampio gap di banda con le eccezionali proprietà dei materiali 2D, come il grafene e i dicalcogenuri dei metalli di transizione (in particolare il bisolfuro di molibdeno (MoS2)), i ricercatori possono sviluppare diodi e transistor ultraveloci.

Da aprile 2020 a marzo 2023, ricercatori del CNR-IMM (Italia), CNRS-CRHEA (Francia), IEE-SAS (Slovacchia), MFA-EK (Ungheria) e dell'Università di Palermo (Italia) hanno collaborato al progetto FLAG- Progetto ERA ETMOS per costruire dispositivi concettuali basati su MoS2, SiC e nitruro di gallio (GaN).

Il clou del progetto ETMOS è stato lo sviluppo di diodi a eterogiunzione MoS2/SiC e MoS2/GaN con eccellenti proprietà di raddrizzamento. L'iniezione di corrente regolabile è stata ottenuta adattando il drogaggio delle superfici MoS2 o SiC (GaN) [1,2,3].

Considerato l’elevato potenziale applicativo di questa ricerca nel campo dell’elettronica di alta potenza e alta frequenza, si è unita l’azienda italiana STMicroelectronics, che ha prodotto due domande di brevetto statunitense, condivise tra CNR e STMicroelectronics, su diodi e transistor avanzati basati sulla combinazione di MoS2 con SiC [4] e GaN [5].

Per costruire tali strutture, il team ha esplorato diverse metodologie, tra cui la deposizione chimica in fase vapore (CVD) a singolo e doppio passaggio [1,2,6], la deposizione laser pulsata (PLD) [3], l'epitassia a fascio molecolare (MBE) e l'esfoliazione avanzata /metodi di trasferimento [7,8,9]. I ricercatori hanno inoltre valutato vari protocolli di caratterizzazione, basati sulla combinazione di micro-Raman, microscopia a forza atomica (AFM/AFM conduttiva) e microscopi elettronici a trasmissione con risoluzione atomica, per valutare il numero di strati, il drogaggio, la deformazione di MoS2 e la corrente iniezione alle eterogiunzioni di MoS2 con SiC e GaN.

Il progetto ETMOS ha diffuso attivamente i suoi risultati scientifici attraverso vari mezzi, tra cui la pubblicazione su riviste ad accesso aperto sottoposte a revisione paritaria, la partecipazione a conferenze internazionali e l'organizzazione di un simposio al Fall Meeting 2022 della European Materials Research Society (EMRS).

“L’integrazione di materiali 2D fornisce nuove funzionalità a SiC e GaN, ampliando la gamma di potenziali applicazioni di questi semiconduttori ad ampio gap di banda. Mi aspetto che questa tecnologia apra nuove opportunità di mercato”, afferma Filippo Giannazzo, direttore della ricerca del CNR-IMM.

Riferimenti

Densità di corrente rispetto alla polarizzazione caratteristica di un diodo a eterogiunzione MoS2/4H-SiC, che mostra un eccellente comportamento di raddrizzamento. Immagine adattata dal Rif.[3]. Diritto d'autore Wiley, 2023.

(a) AFM, (b) Micro-Raman e caratterizzazione STEM a risoluzione atomica di film monostrato di MoS2 cresciuti su GaN. Immagine adattata da Rif.[2]. Diritto d'autore Elsevier, 2023.

Scrittore scientifico e coordinatore dell'iniziativa "Diversity in Graphene".

Densità di corrente rispetto alla polarizzazione caratteristica di un diodo a eterogiunzione MoS2/4H-SiC, che mostra un eccellente comportamento di raddrizzamento. Immagine adattata dal Rif.[3]. Diritto d'autore Wiley, 2023.

(a) AFM, (b) Micro-Raman e caratterizzazione STEM a risoluzione atomica di film monostrato di MoS2 cresciuti su GaN. Immagine adattata da Rif.[2]. Diritto d'autore Elsevier, 2023.

Scrittore scientifico e coordinatore dell'iniziativa "Diversity in Graphene".