Settore di ricerca

L’area Dispositivi per l’Informazione, l’Archiviazione e l’Elaborazione affronta le principali sfide della micro- e nanoelettronica contemporanea, con un duplice obiettivo: da un lato la continua miniaturizzazione dei dispositivi logici e di memoria, orientata a basse potenze e a nuove funzionalità; dall’altro lo sviluppo di nuovi sistemi e paradigmi di calcolo in grado di rispondere alle crescenti esigenze legate alla gestione dei dati, all’Internet of Things e ai limiti delle architetture computazionali tradizionali di tipo von Neumann.

In questo contesto, CNR-IMM vanta un’esperienza di lungo periodo, riconosciuta a livello internazionale, nei materiali, nelle tecnologie e nella simulazione di dispositivi logici e di memorie non volatili. Più recentemente, l’Istituto ha consolidato competenze avanzate nei paradigmi di calcolo neuromorfico e quantistico, operando in stretta collaborazione con industrie leader del settore, università e centri di ricerca nazionali e internazionali.

Le attività di ricerca, svolte nelle Unità di Agrate Brianza, Bologna e Catania, si articolano in tre ambiti principali:

• Materiali e dispositivi avanzati, con particolare attenzione a memorie non volatili di tipo resistivo, dispositivi logici basati su materiali 1D e 2D per l’elettronica a bassa potenza, dielettrici avanzati per applicazioni CMOS e sistemi per la spintronica.

• Tecnologie abilitanti e metodi avanzati di caratterizzazione, che includono tecniche innovative di drogaggio, nanofabbricazione basata su materiali auto-assemblati e caratterizzazione TEM di nanodispositivi.

• Nuovi paradigmi di calcolo, focalizzati su dispositivi memristivi per sistemi neuromorfici e su tecnologie per il calcolo quantistico, dalla modellazione di qubit semiconduttivi e superconduttivi allo sviluppo di microsistemi per la crittografia quantistica.

Quest’area rappresenta uno dei fronti più avanzati della ricerca di IMM, coniugando innovazione nei materiali, sviluppo tecnologico e visione sistemica verso le architetture di calcolo del futuro.

l'elettronica stampata basata su semiconduttori organici rappresenta un nuovo e rivoluzionario modo di produrre componenti elettronici utilizzando processi di stampa standard derivati ​​dalle arti grafiche, come la serigrafia, la stampa a getto d'inchiostro, ecc., con la differenza che utilizza inchiostri specifici per l'elettronica. Questa nuova tecnica consente di stampare componenti e circuiti elettronici (ad esempio connettori, resistori, sensori, transistor) su substrati flessibili ampiamente diversi, come plastica, tessuti o carta. I circuiti e i componenti stampati sono sottili, leggeri, flessibili, consentendo la realizzazione di dispositivi monouso/usa e getta, dispositivi elettronici onnipresenti e nuove applicazioni, con una produzione in grandi volumi a un prezzo contenuto rispetto alla tradizionale elettronica al silicio.

In ogni caso, è importante sottolineare che tra i diversi materiali e processi semiconduttori, gioca un ruolo importante l'elettronica basata su film sottili di silicio policristallino. Questa rappresenta la tecnologia più matura per ottenere dispositivi flessibili con buone prestazioni elettriche, consentendo così l'implementazione di piattaforme elettroniche altamente miniaturizzate.

Altri progressi nell'elettronica flessibile riguardano lo sviluppo di nuovi materiali ultrasottili e bidimensionali, come ossidi conduttivi trasparenti, grafene, dicalcogenuri metallici, ecc. che, oltre alle loro caratteristiche operative, hanno la capacità di essere trasparenti e di preservare la maggior parte delle loro caratteristiche strutturali ed elettroniche in caso di piegatura o allungamento.

Le attività di ricerca in questi settori sono svolte da diversi gruppi di ricerca presso IMM. Questi rappresentano un bacino esclusivo di competenze per lo sviluppo di materiali, tecnologie e dispositivi altamente innovativi attraverso i quali vengono veicolati nuovi importanti processi e prodotti industriali, che interessano ambiti applicativi molto diversi tra loro, tra cui beni di consumo, sanità, abbigliamento, mobilità, componenti elettronici, energia, comunicazioni, architettura, ecc

La micro/nanoelettronica oggi evolve su due fronti: da un lato lo sviluppo di dispositivi logici e di memoria sempre più efficienti e a basso consumo, grazie a nuovi materiali, nuovi meccanismi fisici, processi innovativi e strumenti avanzati di modellazione e simulazione; dall’altro la ricerca di nuovi sistemi e paradigmi di calcolo capaci di rispondere alle sfide emergenti (Big Data, Internet of Things), dove l’architettura tradizionale von Neumann mostra limiti di efficienza.

In questo scenario, il CNR-IMM ha una competenza riconosciuta a livello internazionale su materiali, tecnologie e simulazione per dispositivi logici e memorie non volatili, e più recentemente anche su dispositivi e modelli per la computazione neuromorfica e quantistica. Le attività, svolte nelle Unità di Agrate Brianza, Bologna e Catania, sono sviluppate in collaborazione con industrie leader, università e centri di ricerca.

Le linee di ricerca si articolano in tre macro-aree:

• Materiali e dispositivi avanzati (memorie resistive, dispositivi a bassa potenza basati su strutture 1D/2D, dielettrici avanzati, spintronica).

• Tecnologie abilitanti e caratterizzazione (drogaggio avanzato, nanofabbricazione, caratterizzazione TEM).

• Nuovi paradigmi di calcolo (memristori per neuromorfica, qubit e sistemi per computazione e crittografia quantistica).

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