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Seminari attività istituto, aprile 2009, Bologna
PRIN: Studio e sviluppo di dispositivi
termoelettrici nanostrutturati a base di silicio
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Nanofili di silicio: caratteristiche termoelettriche
Figura di merito
S 2T
ZT 
k
S=coefficiente Seebeck, =resistività,
k=conduttività termica
Dispositivi Seebeck: multistrati di Bi2Te3/Sb
Silicio bulk monocristallino
ZT > 1
ZT ~ 3x10-2
I. Hochbaum, et al., Nature 451, 163 (2008)
A. I. Boukai, et al., Nature 451, 168 (2008)
Nanofili di silicio: ZT > 1
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Obiettivi del PRIN
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.
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L’attività dell’Unità IMM-Bologna si sviluppa in tre fasi:
Fase 1: sviluppo di un processo tecnologico di fabbricazione del singolo
nanofilo di silicio e caratterizzazione termoelettrica
a) Silicio massivo
b) Deposizione della
membrana SiO2/Si3N4
c) Deposizione e
definizione del SiO2
20 nm
d) Deposizione del
polisilicio
e) Ossidazione parziale
Flusso di processo per la realizzazione di nanofili di silicio
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L’attività dell’Unità 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
a) Silicio massivo
b) Deposizione della membrana
SiO2/Si3N4
c) Deposizione e definizione
del SiO2
d) Deposizione del
polisilicio
e) Attacco al plasma direzionale
del polisilicio
f) Rilascio dei nanofili di
silicio
Flusso di processo per la realizzazione di nanosuperfici di silicio
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L’attività dell’Unità IMM-Bologna si sviluppa in tre fasi:
Fase 3: fabbricazione di stack di nanostrisce orizzontali e caratterizzazione
termoelettrica
a) Silicio massivo
b) Deposizione della
membrana SiO2/Si3N4
c) Deposizione del polisilicio
d) Ossidazione parziale
del polisilicio
e) Formazione del
multistrato SiO2/Si
f) Definizione delle
nanosuperfici
Flusso di processo per la realizzazione di nanosuperfici di silicio
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Caratterizzazione termoelettrica:
Realizzazione di strutture di test per la misura on-chip della conducibilità termica e
del potere termoelettrico
Layout di una microstruttura per la
misura del potere termoelettrico
e della
Struttura di test
realizzata per la misura della
conducibilità termica
conducibilità termica del
poly di
n processo utilizzato per la
Flusso
fabbricazione delle strutture di test
Deposizione Poly 1:
Riscaldatore e termistore
Deposizione Poly 2:
array di nanofili
Contatti
Metallizzazione
Metallizzazioni
Apertura della
passivazione
Rilascio della
membrana
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Composizione delle unità operative
Unità
Responsabile Unità di Ricerca
Ente
I
Frabboni Stefano
UniMoRE
II
Narducci Dario
UniMib
III
Mariotto Gino
UniVr
IV
Cardinali Gian Carlo
IMM - CNR
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Attività IMM-CNR: Progettazione, fabricazione e caratterizzazione
elettrica di nanofili e nanosuperfici di silicio
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
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