Questo insegnamento, collocato al II semestre del I anno della Laurea Magistrale in Nanotechnologies for ICTs (percorso nazionale), intende fornire le basi teoriche relative a materiali, tecnologie e metodi di design per la realizzazione di dispositivi microelettronici, micro e nanostrutture, micro e nano sistemi, MEMS e NEMS (micro/nano-electro-mechanical systems) per una vasta gamma di applicazioni con particolare riferimento a quelle relative al settore delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione (ICT).
Il ruolo dell'insegnamento è essenziale nello sviluppo della figura professionale dell'ingegnere in nanotecnologie ed elettronico, in quanto in esso vengono fornite gli strumenti per la comprensione dei processi di fabbricazione e di progettazione dei dispositivi summenzionati e in quanto propedeutico per i successivi insegnamenti della Laurea Magistrale.
Nel corso vengono fornite le basi per la comprensione delle tecnologie per la realizzazione di micro e nanosistemi, la scelta dei materiali e viene data una panoramica di esempi delle principali applicazioni di micro e nanodispositivi, per cui l’insegnamento è principalmente indirizzato agli studenti interessati agli aspetti di progettazione e realizzazione di dispositivi e sistemi alla micro e nano-scala.

Conoscenze attese:
• sviluppo di conoscenze e capacità di comprensione che estendono e/o rafforzano quelle derivanti dagli insegnamenti propedeutici e consentono di elaborare e/o applicare idee e modalità originali al design e allo sviluppo di un flusso di processo tecnologico per la realizzazione di circuiti integrati e microsistemi;
• capacità di applicazione delle conoscenze acquisite in un contesto di ricerca e/o industriale, capacità di comprensione e abilità nel risolvere problemi legati alla progettazione, modellazione, simulazione e realizzazione di circuiti microelettronici e microsistemi anche basati su tecnologie fortemente innovative e /o applicati a tematiche nuove, non familiari o inserite in contesti applicativi più ampi e interdisciplinari rispetto al settore dell’ingegneria (medicina, monitoraggio ambientale, settore alimentare, …);
• capacità di integrare le conoscenze tecniche acquisite e gestire la complessità del flusso di processo di design e fabbricazione, di formulare giudizi sulla qualità e robustezza di un flusso di processo, sulla sua implementazione e realizzabilità scegliendo le soluzioni più efficienti tra le opzioni disponibili;
• capacità di comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità gli aspetti tecnici relativi al design e alla fabbricazione di circuiti integrati e microsistemi, sia in forma scritta che orale e a interlocutori specialisti e non specialisti;
• sviluppo di capacità di auto-apprendimento che consentano allo studente di continuare ad approfondire in modo autonomo nuove tecniche e metodologie di design e fabbricazione di circuiti integrati e micro e nano sistemi non necessariamente illustrati e descritti durante l’insegnamento.

Abilità attese:
• Conoscenza del comportamento dei materiali tipici delle micro e nanotecnologie.
• Conoscenza delle tecnologie base per la realizzazione di micro e nanostrutture.
• Conoscenza dei materiali e delle tecnologie per la realizzazione di micro e nano-sistemi, MEMS e NEMS.
• Conoscenza dei modelli e delle metodologie attualmente messe in campo per la descrizione e quindi progettazione di micro e nanosistemi.
• Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la progettazione e realizzazione di micro e nano strutture, micro e nanosistemi.
• Conoscenza approfondita delle metodologie base per la progettazione di microsistemi.
• Capacità di progettare i principali componenti di micro e nano sistemi.
• Conoscenza delle problematiche e delle tecniche utilizzabili in seno alla progettazione, fabbricazione e verifica di nanosistemi.
• Conoscenza delle metodologie per l'integrazione di MEMS e NEMS con circuiti elettronici, unitamente alla progettazione congiunta (co-design) con circuiti elettronici.

• Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, elementi di struttura della materia)
• Elementi di fisica moderna.
• Elementi di elettronica.
• Elementi di dispositivi elettronici.

Tecnologie per i Circuiti Integrati (wafer preparation, cleanroom technology, silicon oxidation, epitaxy, CVD, evaporation, sputtering, electroplating, diffusion, ion implantation) (2 cr.)
Tecniche litografiche, wet e dry etching, tecnologie di back-end, flusso di processo CMOS (1,5 cr.)
Introduzione ai microsistemi, Bulk micromachining, Surface micromachining, LIGA micromachining, wafer bonding, MEMS packaging, tecnologie MEMS complementari (2 cr.)
Esempi di microsistemi (micro sensori di pressione, microaccelerometri, …) (0,5 cr.)

Elementi di simulazione di microsistemi: simulazione fisica multi-domain (0,5 cr.)
Basi di simulazioni FEM, esempi di tool CAD commerciali e loro caratteristiche (1 cr.)
Il concetto di modulo nella tecnologia dei micro e nano sistemi, integrazione con elettronica, signal processing e interfacciamento di micro e nano sistemi (1 cr.)
Metodi di modeling di nano-dispositivi e nano-circuiti utili alla progettazione gerarchica di micro e nano-sistemi (1,5 cr.)
Design, simulazione, metodi di integrazione e test di micro e nano sistemi (2 cr.)

La prima parte dell’insegnamento (“Physics of Technological Processes”) prevede lezioni frontali erogate mediante slide e utilizzo della lavagna. Le slide verranno messe a disposizione degli studenti sul Portale della Didattica all’inizio dell’insegnamento.
La seconda parte dell'insegnamento (“Micro and Nano systems”) prevede sia lezioni frontali erogate mediante slide e utilizzo della lavagna, sia di laboratori funzionali ad effettuare simulazioni, valutazioni di modelli, e progettazione sia dei singoli device che di micro e nano sistemi. Le slide e il materiale di supporto al laboratorio verranno messe a disposizione sul Portale della didattica, e il sistema CAD di supporto alle esercitazioni sara' disponibile e accessibile in modo continuo durante l'intero semestre relativo all'insegnamento.

Per la prima parte dell’insegnamento (“Physics of Technological Processes”) il materiale (slide) verrà messo a disposizione dai Docenti. Alcuni testi suggeriti, ma non indispensabili, saranno comunicati a lezione dal docente titolare dell'insegnamento.
Per la seconda parte dell'insegnamento (“Micro and Nano systems”) il materiale (slide, articoli di supporto, materiale per il laboratorio CAD) verra' messo a disposizione dai Docenti, mentre alcuni testi verranno suggeriti come lettura integrativa dal docente titolare dell'insegnamento durante le lezioni.

L'esame finale è diviso in 2 parti corrispondenti alle 2 parti del corso:
- La prima parte (“Physics of Technological Processes”) prevede un esame scritto ed un esame orale. La prova scritta comprende sia quesiti a risposta multipla che domande aperte e brevi esercizi. Il tempo assegnato per la prova è di 30 minuti. La tipologia di domande proposte mira a verificare la capacità di comprensione e rielaborazione dello studente degli argomenti proposti a lezione, con particolare riferimento alla capacità di confrontare tra loro tecnologie simili, paragonare risultati o parametri di lavorazione di processi tecnologici o prestazioni di materiali diversi. L'orale ha una durata di 15-20 minuti e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni. I principali criteri di valutazione dell’esame consistono nella correttezza della soluzione dei test, nella completezza e sintesi delle risposte alle domande aperte e nell’appropriatezza del linguaggio tecnico utilizzato.
- La seconda parte (“Micro and Nano systems”) prevede un esame scritto e lo svolgimento di un progetto su uno dei temi trattati a lezione. L'esame scritto consiste nel rispondere con risposta aperta a tre domande legate sia alle lezioni che alle esercitazioni di laboratorio. Lo scritto dura 1.5 ore. Le domande hanno lo scopo di verificare la comprensione da parte dello studente dei principali temi trattati, indipendentemente dal tema approfondito nella fase di progetto. I criteri di valutazione mirano a valutare la correttezza ed eventuale approfondimento degli argomenti proposti, nella capacita' di presentare l'argomento in forma organica e con un uon livello di approfondimento. Il progetto (scelto da una lista di temi proposti) consiste nell'ananlisi, nella progettazione e nella validazione di un micro e/o nano sistema tra quelli proposti a lezioni oppure innovativi allo scopo di consentire allo studente sia di sperimentare, che di approfondire ed ampliare le conoscenze e le tecniche apprese durante le lezioni e i laboratori. La valutazione del progetto consiste nel verificare l'appropriatezza del metodo adottato, la correttezza dei criteri di analisi e progetto, la completezza e correttezza dei risultati, del report finale e della relativa presentazione.