Marco Ernesto Vallone

Ricercatore a tempo determinato Legge 240/10 art.24-A
Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni (DET)

Profilo

Interessi di ricerca

Infrared detectors
Light emitting diodes
Phonons
Photodetectors
Silicon photonics

Curriculum

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Settore scientifico discliplinare

ING-INF/01 - ELETTRONICA
(Area 0009 - Ingegneria industriale e dell'informazione)

Linee di ricerca

  • Simulazione 3D di fotorivelatori in guida in germanio su silicio per telecomunicazioni e reti dati, nell’ambito di un contratto con CISCO Photonics.
  • Simulazione 3D di fotorivelatori per vicino, medio e lontano infrarosso (SWIR, MWIR, LWIR) in HgCdTe, costituiti da matrici di pixel (eterogiunzioni p-n con profili di drogaggio e di composizione non uniforme), nell’ambito di un contratto industriale con AIM Infrarot Module GmbH (Germania).
  • Simulazioni 3D di nanostrutture plasmoniche subwavelength, sia per THz che per il medio – lontano infrarosso

Competenze

Settori ERC

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

Comitati editoriali

  • ELECTRONICS (2020-2022), Altro tipo di attività editoriale

Altri titoli

  • 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)

Didattica

Collegi dei Corsi di Studio

Insegnamenti

Dottorato di ricerca

MostraNascondi A.A. passati

Corso di laurea magistrale

MostraNascondi A.A. passati

Corso di laurea di 1° livello

MostraNascondi A.A. passati

Altre attività e progetti di didattica

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.

Ricerca

Ambiti di ricerca

Gruppi di ricerca

Dottorandi

  • Matteo Giovanni Carmelo Alasio. Corso in Ingegneria Elettrica, Elettronica E Delle Comunicazioni (36o ciclo, 2020-in corso)
    Argomento della ricerca: Modellazione multifisica di dispositivi optoelettronici per applicazioni ad alta velocita'
    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

Altre attività e progetti di ricerca

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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