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Daniela Cavalcoli

Professoressa associata

Dipartimento di Fisica e Astronomia

Settore scientifico disciplinare: FIS/03 FISICA DELLA MATERIA

Temi di ricerca

Parole chiave: optoelettronica eterostrutture basate su GaN fotovoltaico nanostrutture silicio fototensione superficiale microscopia a forza atomica

Studio di difetti, intefacce, impurezze in materiali semiconduttori.
Molto spesso le proprieta' fisiche dei materiali semiconduttori sono determinate dalle caratteristiche delle micro-(difetti) e nano- strutture presenti al loro interno. L'analisi delle caratteristiche dei difetti e dell'interazione di questi con le impurezze nel materiale e' di fondamentale importanza per comprendere le proprieta' ottiche ed elettroniche dei semiconduttori e per studiarne l'ottimizzazione in vista delle applicazioni. Questo studio è condotto mediante l'impiego di metodiche innovative che permettono di ottenere informazioni di tipo microscopico e spettroscopico. In particolare tecniche spettroscopiche (spettroscopia di giunzione, spettroscopie non contact) e tecniche microscopiche (Microscopia elettronica, microscopia a forza atomica) sono state impegate per l'analisi di materiali semiconduttori e dispositivi.
L'obiettivo della ricerca è non solo lo studio di stati difettivi in materiali semiconduttori, ma anche lo sviluppo di metodologie sperimentali innovative e non convenzionali per la caratterizzazione dei materiali.
I sistemi e i materiali studiati sono: silicio cristallino, multi e nano-cristallino e amorfo, per applicazioni in microelettronica e nella conversione dell'energia solare fotovoltaica, CdTe e CdZnTe per applicazioni come rivelatore di raggi X, strutture a bassa dimensionalità basate su GaN, AlN e AlInN.


Un esempio di tali analisi riguarda lo studio di Si nanocristallino (nc-Si). Il nc-Si e' un materiale multifasico costituito da grani di Si cristallino, di dimensioni nanometriche, immersi in una matrice di Si amorfo. Questo materiale, cresciuto in forma di film sottile su diversi substrati con tecnica LEPECVD (Low Energy Plasma Enanched Chemical Vapour Deposition), risulta essere molto promettente per applicazioni optoelettroniche e fotovoltaiche. Il confinamento quantico dei portatori di carica ai nanocristalli di Si consente di ottenere un gap energetico maggiore di quello del Si cristallino, e il valore del gap dipende dalle dimensioni dei grani. La caratterizzazione morfologica ed elettrica avviene mediante tecniche di microscopia a stilo (AFM, atomic force microscopy, C-AFM conductive- AFM) mentre la caratterizzazione ottica mediante tecniche tecniche innovative di non- contatto e non distruttive quali la SPS, surface photovoltage spectroscopy. 

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