Fabbricazione e Caratterizzazione di un Diodo Termico Nanostrutturato
Dipartimento
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Corso di studi
INGEGNERIA ELETTRONICA
Relatori
relatore Prof. Pennelli, Giovanni relatore Ing. Dimaggio, Elisabetta
Parole chiave
conduzione
diodo termico
fononi
litografia
Raddrizzamento termico
temperatura
Data inizio appello
22/07/2022
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
22/07/2025
Riassunto
La gestione termica dei dispositivi è uno dei maggiori problemi dell’elettronica moderna. La miniaturizzazione crescente dei circuiti rende la dispersione del calore sempre più ostica, motivo per cui si ricercano tecnologie e materiali volti a gestire questa problematica in modo più efficace. Un dispositivo come il diodo termico può rappresentare un passo avanti nell’ambito del managment termico poichè rappresenta un sistema integrabile in grado di controllare la direzione del flusso di calore. Inoltre, potrebbe contribuire allo sviluppo della logica termica e applicazioni tipiche in campo di energie rinnovabili e termodinamica. Le soluzioni adottate fino a oggi hanno dato origine a dispositivi complessi, con prestazioni limitate e realizzati con materiali, come il grafene ad esempio, che li rendono difficilmente integrabili, quando possibile. La soluzione proposta è un diodo termico realizzato completamente in silicio, materiale di riferimento dell’elettronica integrata e con ottime proprietà termiche. Ciò lo rende completamente integrabile e realizzabile con tecnologie consolidate e ampiamente diffuse a livello industriale. La tesi riporta una panoramica sulla fisica del trasporto termico e sulle tecnologie disponibili in letteratura in grado di realizzare il raddrizzamento termico. Segue una trattazione teorica del dispositivo termico, del quale sono stati realizzati e simulati due diversi modelli tramite il software "Comsol Multiphysics". Viene descritto poi l’intero flusso di processo realizzato in laboratorio, attraverso la fabbricazione di due tipi di dispositivo, analizzando i pro e i contro di entrambi. A partire dal wafer di silicio, con l’ausilio dei processi tipici delle micro e nanotecnologie, compatibili con la litografia a fascio elettronico, i dispositivi sono stati realizzati secondo un approccio top-down. Per verificare la funzionalità e rendere possibile un confronto con i dati teorici, i diodi sono stati caratterizzati termicamente e elettricamente. Infine, analizzando i risultati ottenuti, vengono proposte soluzioni per migliorare le performance dei dispositivi e si pongono le basi per i futuri sviluppi di questo lavoro.
