Corso di Studi in Ingegneria Elettronica

Nome del Laboratorio: Laboratorio di Caratterizzazione di Dispositivi RF
Ubicazione: Locale 2.10, Palazzina 2
Responsabile della funzionalità: prof. N. Rinaldi

Caratterizzazione sperimentale DC e RF di dispositivi on wafer
Il laboratorio è attrezzato per la caratterizzazione in continua (DC) e a radiofrequenza (RF) di dispositivi integrati (on-wafer) grazie a una probe-station manuale e a delle sonde adeguate per la contrattazione dei dispositivi. Il setup sperimentale consente di effettuare misurazioni a temperatura ambiente fissata, controllando la temperatura della base su cui il wafer è poggiato (chuck) mediante un sistema dedicato che consente di fissare tale temperatura nell’intervallo 0÷200 °C.
Le misurazioni DC possono essere effettuate anche con un sistema impulsato sviluppato in-house che, evitando l’autoriscaldamento del dispositivo, consente di effettuare misurazioni isoterme.
Grazie all’analizzatore di reti vettoriale (PNA) è possibile misurare i parametri di scattering di dispositivi attivi e passivi, a una oppure a due porte, nel range di frequenze 10MHz÷67GHz. I parametri di scattering misurati per un dispositivo attivo, opportunamente elaborati, consentono di valutarne le prestazioni a radiofrequenza.
Le misurazioni DC e RF sono effettuate da remoto utilizzando dei software, commerciali e custom, specifici per l’interfacciamento tra strumentazione di misura e computer; questo garantisce automatizzazione e modularità e consente di controllare la durata delle misurazioni negli esperimenti in cui essa risulta essere un parametro critico (ad esempio nello studio dei fenomeni di degradazione da stress elettrico).

Collaborazioni stabilite

• Infineon Technologies AG, Neubiberg, Germany
• Innovations for High-Performance Microelectronics - IHP GmbH, Frankfurt (Oder), Germany
• Rheinisch-Westfaelische Technische Hochschule, Aachen, Germany
• Technische Universität Dresden, Dresden, Germany
• Technische Universiteit Delft, Delft, Netherlands
• Université Bordeaux I, Bordeaux, France
• XMOD Technologies, Bordeaux, France

Probe station manuale con termochuck e sonde RF di tipo GSG.

Wafer (dies) di HBT SiGe allo stato dell’arte. Sono visibili le strutture DC nella parte alta e le strutture RF nelle sezioni inferiori.

Nome del Laboratorio: Laboratorio di Caratterizzazione Elettro-Termiche
Ubicazione: locale T.06
Responsabile della funzionalità: prof. G. Breglio, prof A.Irace

Nel laboratorio di Caratterizzazione Elettro-termiche il tema principale di ricerca è la diagnostica non invasiva dei circuiti e dei componenti elettronici di potenza. Le principali apparecchiature consistono in: sistema di caratterizzazione elettrica veloce basato sull'uso di una sorgente laser ad impulsi corti (<1ns); un sistema automatizzato di estrazione di parametri elettro-termici per dispositivi elettronici di potenza; microscopi radiometrici per la mappatura termica dinamica dei dispositivi di potenza; termocamera IR con risoluzione inferiore a 10mK; sistemi di micromovimentazione per allineamento dei microscopi con dispositivi elettronici di potenza con risoluzione micrometrica; prototipizzatore meccanico a microfresa per la realizzazione di PCB elettroniche; oscilloscopi e schede di acquisizione ad alta frequenza di campionamento. Forti e strategiche sono le collaborazioni con industrie del settore italiane e internazionali che operano nel settore della produzione dei componenti elettronici di potenza.

Contesto applicativo. I dispositivi elettronici di potenza sono impiegati nei sistemi di distribuzione e di gestione dell’energia. Le applicazioni passano dalla bassa potenza, all’alta potenza sino all’altissima potenza gestita ad esempio dai sistemi di trasporto e distribuzione dell’aenergia (HVDC). La proposizione di dispositivi innovativi rappresenta un enorme opportunità per la società moderna in quanto dalle prestazioni dei dispositivi dipende in gran parte l’efficienza dei sistemi elettronici.

Tematiche specifiche:
1) Tensione di breakdown per dispositivi elettronici di potenza
L’attività di ricerca è concentrata sullo studio e la definizione di modelli analitici che indichino la tensione di breakdown dei dispositivi. I dispositivi oggetto della ricerca sono i dispositivi a SuperGiunzione verticali. I risultati attesi sono modelli analitici per la tensione di breakdown di dispositivi verticali a SuperGiunzione.
2) Robustezza in corto-circuito e S.O.A in valanga di dispositivi IGBT planari e trench
L’attività di ricerca consiste nella caratterizzazione non distruttiva di fenomeni di "failure" indotti in valanga in strutture IGBT planari e trench tramite test UIS. I risultati attesi riguardano la determinazione dei fenomeni che causano la rottura dei dispositivi e la proposta di modifiche al progetto dei dispositivi che ne aumentino l’affidabilità.
3) Simulazione a reti elettriche equivalenti di dispositivi elettronici di potenza
L’attività di ricerca si pone come obiettivo la simulazione di fenomeni elettro-termici in dispositivi elettronici di potenza. È stato sviluppato un simulatore elettro-termico compatto per dispositivi multi-cellulari. Tale simulatore è stato validato mediante confronti con dati sperimentali nei casi di diodi di potenza, transistori BJT, SMART Power MOS ed IGBT. I risultati attesi sono il potenziare le funzionalità del simulatore e migliorare la descrizione elettrica in valanga dei dispositivi di potenza ed in particolare di IGBT Trench multicellulari.
4) Analisi sperimentale di fenomeni elettro-termici statici e dinamici in dispositivi elettronici di potenza
Le più moderne tecniche di misura tramite IR vengono applicate per studiare aspetti legati all’affidabilità dei dispositivi elettronici con particolare riferimento al caso dei dispositivi di potenza. È stato sviluppato un innovativo sistema IR basato su termo-camera. In particolare è possibile realizzare misure termiche DC, Lock-in (con una risoluzione termica di 100µK) e dinamiche con frequenza di campionamento di 1MHz full-frame.
5) Caratterizzazione elettrica di dispositivi di elettronici di potenza
Un primo apparato realizzato è un test clamped (ILS) per transistor di potenza. Il secondo apparato di testing realizzato consente test di dispositivi elettronici di potenza in configurazione “unclamped” su carico induttivo. Entrambi i sistemi sono forniti di circuiti di protezione (crowbar) per rendere possibile la failure analysis dei device distrutti a valle dei test. L’obiettivo è la realizzazione di sistemi di testing per dispositivi elettronici di potenza che consentano di forzare i dispositivi in condizioni di funzionamento arbitrarie specificate nell’ambito di singoli progetti di analisi e testing prototipale.

Collaborazioni con Aziende

• Toyota Motor Corporation (Japan)
• Vishay Semiconductor Italiana (Italy)
• On Semiconductor (Belgium)
• SELEX Sistemi Integrati (Italy)
• A.S.D. (Italy)
• OPTOSMART (Italy)

Collaborazioni con altre Università / enti di ricerca

• CERN (Ch)
• University of Nottingham (UK)
• Delft University of Technology (Netherlands)
• Universitat Autònoma de Barcelona (Spain)
• Istituto per la Microelettronica e Microsistemi CNR (Italy)
• Università del Sannio (Italy)

Prototipo board di sincronizzazioni per stazione di misura automatica.

Setup di misura con multimetri, carico elettronico e stazione remota per caratterizzazione di inverter e microinverter fotovoltaici.

Probe station per la caratterizzazione elettrica di film sottili.

Impianto fotovoltaico da 1kWp installato sul tetto del dipartimento

Nome del Laboratorio: Laboratorio di Optoelettronica
Ubicazione: locale T.07
Responsabile della funzionalità: prof. G. Breglio, prof. A. Irace

Il laboratorio di Optoelettronica è da anni impegnato in diversi temi: diagnostica non-invasiva dei circuiti, dei componenti e dei materiali elettronici; analisi ed ottimizzazione dei sensori optoelettronici; analisi, progetto e caratterizzazione dei componenti optoelettronici integrati; diagnostica per i sistemi del laser.
Le principali apparecchiature consistono in: una sorgente laser Nd:YAG ad impulsi, con generatore di II e III armonica. Oscillatore OPO per la produzione di fasci laser (dal UV al vicino infrarosso; diodi laser ad impulsi corti (<1ns); laser tunabile (da 1520 nm a 1570 nm con 0.01 nm di riga); un sistema diagnostico per i fasci laser e videocamera IR; spettrofotometro UV-VIS-NIR; sistemi di micromanipolazione di guide d'onda e dispositivi optoelettronici con risoluzione sub-micrometrica; oscilloscopi e schede di acquisizione ad alta frequenza di campionamento, tavoli ottici antivibranti, componenti meccanici di elevata precisione. Diverse sono le collaborazioni con industrie e centri di ricerca che operano in questi settori.

Contesto applicativo. Le ricerche si svolgono nell'ambito dei dispositivi optoelettronici comprendo diverse tematiche dettagliate nel seguito:
1) Analisi numerica e sperimentale di modulatori integrati in silicio
Analisi, progettazione e caratterizzazioni sperimentali di componenti optoelettronici integrati in substrato di silicio in guida d’onda ottica “rib”. I dispositivi attivi sono basati sia su cella elettronica tre terminali (BMFET) sia su cella trasversale P-i-N. I risultati sperimentali attestano la maggiore efficienza nella commutazione “a tre terminali” e l’incremento delle prestazioni in termini di tempi di commutazione. Sono anche state proposte nuove strutture guidanti basate su strutture a cristallo fotonico per la realizzazione di dispositivi integrati.
2) Sensori di temperatura integrati
È stato sviluppato un nuovo tipo di sensore di temperatura basato sul principio dello sfasamento indotto dalle variazioni di temperatura in strutture realizzate in silicio associato a strutture ottiche risuonanti di tipo mode-mixing.
3) Analisi di strutture guidanti in materiale semiconduttore
Lo studio si occupa di valutare numericamente l’effetto delle proprietà fisico/geometrice sulle caratteristiche guidanti di strutture integrate in materiale semiconduttore.
4) Sistemi di sensori Optoelettronici in fibra ottica
Oggetto della ricerca è lo sviluppo di sistemi di sensori in fibra ottica destinati ad operare in ambienti ad alta energia, quali i laboratori CERN di Ginevra. I sistemi di sensori oggetto della ricerca sono: sensori di temperatura nel range criogenico (77°K – 1.9°K), sensori di campo Magnetico sino a 5T e sensori di umidità relativa (RH). I sensori di temperatura e di campo sono basati su reticoli di Bragg in fibra (FBG) mentre, per i sensori di umidità sono previsti due approcci differenti: uno basato su FBG, l’altro su reticoli a passo lungo (LPG).

Collaborazioni con Aziende

• Toyota Motor Corporation (Japan)
• Vishay Semiconductor Italiana (Italy)
• On Semiconductor (Belgium)
• SELEX Sistemi Integrati (Italy)
• A.S.D. (Italy)
• OPTOSMART (Italy)

Collaborazioni con altre Università / enti di ricerca

• CERN (Ch)
• University of Nottingham (UK)
• Delft University of Technology (Netherlands)
• Universitat Autònoma de Barcelona (Spain)
• Istituto per la Microelettronica e Microsistemi CNR (Italy)
• Università del Sannio (Italy)