Marco Ernesto Vallone

Assistant Professor with time contract
Department of Electronics and Telecommunications (DET)

Profile

Research interests

Infrared detectors
Light emitting diodes
Phonons
Photodetectors
Silicon photonics

Curriculum

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Scientific branch

ING-INF/01 - ELECTRONIC ENGINEERING
(Area 0009 - Industrial and information engineering)

Skills

ERC sectors

PE2_6 - Electromagnetism
PE2_1 - Fundamental interactions and fields
PE2_5 - Gas and plasma physics
PE2_16 - General physics
PE2_11 - Lasers, ultra-short lasers and laser physics
PE3_6 - Macroscopic quantum phenomena: superconductivity, superfluidity, etc.
PE3_11 - Mesoscopic physics
PE3_10 - Nanophysics: nanoelectronics, nanophotonics, nanomagnetism, nanoelectromechanics, etc.
PE2_4 - Nuclear astrophysics
PE2_9 - Optics, non-linear optics and nano-optics
PE9_11 - Relativistic astrophysics
PE2_13 - Relativity
PE3_5 - Semiconductors and insulators: material growth, physical properties
PE3_1 - Structure of solids and liquids

Editorial boards

  • ELECTRONICS (2020-2022), Other editorial activities

Other titles

  • ABILITAZIONE (ASN) prof. II fascia 02/B2 - FISICA TEORICA DELLA MATERIA (2021-2030)
  • ABILITAZIONE (ASN) prof. II fascia 09/E3 - ELETTRONICA (2020-2021)
  • ABILITAZIONE (ASN) prof. II fascia 02/B2 - FISICA SPERIMENTALE DELLA MATERIA (2021-2031)

Teaching

Collegi of the degree programmes

Teachings

PhD

MostraNascondi A.A. passati

Master of Science

MostraNascondi A.A. passati

Bachelor of Science

MostraNascondi A.A. passati

Other activities and projects related to teaching

Abilitazione scientifica Nazionale professore di II fascia, SSD Elettronica (09/E3), da Nov. 2020

Abilitazione scientifica Nazionale professore di II fascia, SSD Fisica Teorica della Materia (02/B2) da Mag. 2021

Abilitazione scientifica Nazionale professore di II fascia, SSD Fisica Sperimentale della Materia (02/B1) da Mag. 2021


Collaborazione didattica (esercitazioni in aula ed in laboratorio) per i corsi:

01NOPOQ - Photonic devices (LM, G. Ghione) – ore di EL pari a 6;
01UAYOQ - CAD of semiconductor devices (LM, M. Goano) – ore di EL pari a 15;
03JGMPC – Tecnologie digitali (L3, V. Camarchia) – ore di EL pari a 9;
04QXVOA - Sistemi elettronici, tecnologie e misure (L3, S. Donati) – ore di EL pari a 9;
04QXVOA - Sistemi elettronici, tecnologie e misure (L3, P. Crovetti) – ore di EL pari a 9.

Lezioni in aula, corso di dottorato "PHYSICS-BASED MODELING OF SEMICONDUCTOR DEVICES" (modulo di 6
ore di lezioni frontali), per il Dottorato di Ricerca in Ingegneria Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni

Co-tutore del candidato Matteo Alasio, per il Dottorato di Ricerca in "Ingegneria Elettrica, Elettronica e delle
Telecomunicazioni".

Co-relatore di tesi di laurea magistrale. Candidato: Matteo Alasio. Titolo tesi: "Silicon-on-germanium waveguide
photodetectors: a multiphysics computer-aided design approach".

Tutore aziendale per tirocinio di 300 ore. Tirocinante: Daniele Giovannini

2018-19, 2019-20, 2020-21: Collegio di Ingegneria Elettronica, delle Telecomunicazioni e Fisica (ETF) presso il Politecnico di Torino, in qualità di membro effettivo di collegio.

01/10/2018 - 29/09/2019: Collegio di Ingegneria Biomedica presso il Politecnico di Torino, in qualità di membro invitato di collegio.

2018-19, 2019-20, 2020-21: Collegio di Ingegneria Informatica, del Cinema e Meccatronica presso il Politecnico di Torino, in qualità di membro
invitato di collegio.

Research

Research fields

Research groups

Supervised PhD students

  • Matteo Giovanni Carmelo Alasio. Programme in Ingegneria Elettrica, Elettronica E Delle Comunicazioni (36th cycle, 2020-in progress)
    Research subject: Multiphysics modelling of optoelectronic devices for high-speed application
    Electronic devices: modeling and characterization
    Modeling, simulation and CAD
    Photonic devices and solar cells
    Electronic devices: modeling and characterization
    Modeling, simulation and CAD
    Photonic devices and solar cells
    Electronic devices: modeling and characterization
    Modeling, simulation and CAD
    Photonic devices and solar cells

Other activities and projects related to research

Principal Investigator in tre progetti di

ricerca industriale ed accademica, di cui per uno con Responsabilità di Work-package (AIM Infrarot-Module, Cisco,

Huawei). Investigator in collaborazioni per ricerca accademica e industriale con Università e centri di ricerca (Boston

University, University of Cambridge, Università di Padova, Università di Modena e Reggio Emilia). In dettaglio:


1) Contratto industriale con AIM Infrarot-Module per la progettazione di fotorivelatori per infrarosso (Germany) "Theoretical Investigation of Two Colour Infrared Detectors" (dal 30/11/2011 ad oggi)

Progettazione in collaborazione e per conto di AIM Infrarot-Module (Germania) di fotorivelatori multibanda a

matrici di pixel per infrarosso vicino, medio e lontano, di interesse ed impiego in applicazioni astronomiche, mediche,

per la sicurezza, e per la difesa. La progettazione è volta a definire i materiali, la geometria, la composizione e

spessore degli strati epitassiali, allo scopo di ottenere le caratteristiche elettriche ed elettromagnetiche desiderate.

Allo stato dell'arte, tali fotorivelatori operano a temperature dell'ordine di 80K-140K, e lo scopo della collaborazione è

ottenere fotorivelatori "full-depleted" operanti a temperature vicine a quella ambiente (HOT detectors).


2) Contratto industriale con CISCO SYSTEMS Inc. "Tosca2" e "CONCERTI" ("Detectors and Sources for Silicon Photonics Integrated Circuits in the CISCO Platform") (dal 15/5/2017 ad oggi)

co-Principal Investigator Attività: analisi e progettazione di fotorivelatori e laser integrati nella silicon photonic

platform di CISCO SYSTEMS, Inc., nell'ambito del contratto di collaborazione CONCERTI con CISCO SYSTEMS,

Inc., 170 West Tasman Drive, San Jose, California (USA). L'attività comprende: - analisi della possibilità di ridurre lo

spessore del Germanio e il suo impatto sulla ampiezza di banda e sulla corrente di buio - valutazione delle

performance in banda C, al variare delle dimensioni dei contatti, della loro posizione e geometria - progettazione di

photodetector in Germanio a struttura laterale e con ridotto spessore di Germanio. Analisi in banda O e C. Confronto

con i dati sperimentali forniti da CISCO. - progettazione di fotorivelatori a valanga (APD) con regioni si assorbimento

e moltiplicazione separate (SAM-APDs)


Responsabile di Work Package nel contratto con Huawei (Cina) "HIRPO2017030807 - Design of Photon-Photon Resonance Enhanced Direct Modulation Lasers" (15/6/2017 - 14/6/2019)

Coordinatore e Responsabile del Work Package 1, come descritto nel documento

"Huawei_attivita_progettuale.pdf" contenuto nell'archivio .zip allegato. Attività: progettazione e sviluppo di laser per

telecomunicazioni a 1300 e 1550 nm a quantum-well e quantum-dot a larghissima banda, contratto con Huawei

(Cina), nell’ambito della call for proposal Huawei Innovation Research Program – HIRP,

http://innovationresearch.huawei.com/IPD/hirp/portal/index.html.


Progettazione elettrica ed elettromagnetica di laser a quantum dot e a multi quantum well, progetti FastDot e DeLight (01/09/2008 - 31/08/2011)

Progettazione elettrica ed elettromagnetica di laser a quantum dot e a multi quantum well (DBR, DFB e

multicavità) a basso costo. Progettazione e modellizzazione di reticoli di diffrazione per nanoimprinting. Sviluppo di

codici Matlab dedicati. Collaborazioni industriali con: Mergeoptics (Germany), Modulight, Inc., Tampere, Finland, III-V

LAB (Francia),Color Chip (Israel) Collaborazioni di ricerca con: Cambridge University (UK), Boston University (USA),

University of Wurzburg (Germany), University of Kassel (Germany), Technion (Electrical Engineering Department),


Israel , Politechnika Wroclawska (Polonia).


Partecipazione a gruppi di ricerca internazionali

Partecipazione come investigator ad una collaborazione inter-universitaria tra il Politecnico di Torino, la Boston

University (MA, USA), University of Cambridge (UK), l'Università di Padova e l'Università di Modena e Reggio Emilia.

Oggetto: studio di LED a multi-quantum well basati su GaN/InGaN, per la ricerca delle cause del "current crowding",

del "quantum efficiency droop" ad alte correnti, e del "thermal droop". Nell'ambito di questo progetto ho sviluppato

autonomamente un modello di cattura di elettroni in quantum well richiamato e brevemente presentato nella

pubblicazione congiunta Politecnico di Torino, Università di Padova, Università di Modena e Reggio Emilia, Boston

University: "Challenges towards the simulation of GaN-based LEDs beyond the semiclassical framework", Photonics

West 2016, Proc. of SPIE Vol. 9742 974202-1 (2016), DOI: 10.1117/12.2216489. Il lavoro è stato presentato ad un

intervento su invito a Photonic West 2016 dal prof. M. Goano. Il modello è invece descritto in dettaglio negli articoli:

Vallone, M., “Quantum well electron scattering rates through longitudinal optic-phonon dynamical screened

interaction: An analytic approach,” J. Appl. Phys. 114, 053704 (2013). Vallone, M., Bertazzi, F., Goano, M., and

Ghione, G., “Model for carrier capture time through phonon emission in InGaN/GaN quantum wells,” Phys. Status

Solidi B 252(5), 971–976 (2015). Ho poi descritto il fenomeno del thermal droop (processi coinvolti: Auger e

Shockley-Read-Hall) in un paragrafo dell'articolo-tutorial del 2020 a firme congiunte: M. Meneghini , C. De Santi , A.

Tibaldi , M. Vallone , F. Bertazzi , G. Meneghesso , E. Zanoni , and M. Goano, "Thermal droop in III-nitride based light

emitting diodes: Physical origin and perspectives", J. Appl. Phys. 127, 211102 (2020), DOI: 10.1063/5.0005874 In

collaborazione con: Department of Materials Science and Metallurgy, University of Cambridge (UK) Department of

Electrical and Computer Engineering, Boston University, MA (USA) Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione,

Università di Padova Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria, Università di Modena e Reggio Emilia



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