Laboratorio di Caratterizzazioni Elettro-Termiche

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)