Mixed-domain simulation and hybrid wafer-level packaging of RF-MEMS devices for wireless applications

In questa tesi verranno trattati sia il problema della creazione di un ambiente di simulazione a domini fisici misti per dispositivi RF-MEMS, che la definizione di un processo di fabbricazione ad-hoc per il packaging e l’integrazione degli stessi. Riguardo al primo argomento, sarà mostrato nel dettaglio lo sviluppo di una libreria di modelli MEMS all’interno dell’ambiente di simulazione per circuiti integrati Cadence c . L’approccio scelto per la definizione del comportamento elettromeccanico dei MEMS è basato sul concetto di modellazione compatta (compact modeling). Questo significa che il comportamento fisico di ogni componente elementare della libreria è descritto per mezzo di un insieme limitato di punti (nodi) di interconnessione verso il mondo esterno. La libreria comprende componenti elementari, come travi flessibili, piatti rigidi sospesi e punti di ancoraggio, la cui opportuna interconnessione porta alla realizzazione di interi dispositivi (come interruttori e capacità variabili) da simulare in Cadence c . Tutti i modelli MEMS sono implementati per mezzo del linguaggio VerilogA c di tipo HDL (Hardware Description Language) che è supportato dal simulatore circuitale Spectre c . Sia il linguaggio VerilogA c che il simulatore Spectre c sono disponibili in ambiente Cadence c . L’ambiente di simulazione multidominio (ovvero elettromeccanico) così ottenuto permette di interfacciare i dispositivi MEMS con le librerie di componenti CMOS standard e di conseguenza la simulazione di blocchi funzionali misti RF-MEMS/CMOS. Come esempio, un VCO (Voltage Controlled Oscillator) in cui l’LC-tank è realizzato in tecnologia MEMS mentre la parte attiva con transistor MOS di libreria sarà simulato in Spectre c . Inoltre, nelle pagine successive verrà mostrata una soluzione tecnologica per la fabbricazione di un substrato protettivo (package) da applicare a dispositivi RF-MEMS basata su vie di interconnessione elettrica attraverso un wafer di Silicio. La soluzione di packaging prescelta rende possibili alcune tecniche per l’integrazione ibrida delle parti RF-MEMS e CMOS (hybrid packaging). Verranno inoltre messe in luce questioni riguardanti gli effetti parassiti (accoppiamenti capacitivi ed induttivi) introdotti dal package che influenzano le prestazioni RF dei dispositivi MEMS incapsulati. Nel dettaglio, tutti i gradi di libertà del processo tecnologico per l’ottenimento del package saranno ottimizzati per mezzo di un simulatore elettromagnetico (Ansoft HFSSTM) al fine di ridurre gli effetti parassiti introdotti dal substrato protettivo. Inoltre, risultati sperimentali raccolti da misure di strutture di test incapsulate verranno mostrati per validare, da un lato, il simulatore Ansoft HFSSTM e per dimostrate, dall’altro, la fattibilit`a della soluzione di packaging proposta. Aldilà dell’apparente debole legame tra i due argomenti sopra menzionati è possibile identificare un unico obiettivo. Da un lato questo è da ricercarsi nello sviluppo di un ambiente di simulazione unificato all’interno del quale il comportamento elettromeccanico dei dispositivi RF-MEMS possa essere studiato ed analizzato. All’interno di tale ambiente, l’influenza del package sul comportamento elettromagnetico degli RF-MEMS può essere tenuta in conto per mezzo di modelli a parametri concentrati (lumped elements) estratti da misure sperimentali e simulazioni agli Elementi Finiti (FEM) della parte di package. Infine, la possibilità offerta dall’ambiente Cadence c relativamente alla simulazione di dipositivi RF-MEMS interfacciati alla parte CMOS rende possibile l’analisi di blocchi funzionali ibridi RF-MEMS/CMOS completi.

Effetto della temperatura di conservazione del latte, dalla raccolta all'affioramento, sulla microflora del latte, del sieroinnesto e del formaggio Trentingrana

This PhD research is part of a project addressed to improve the quality of Grana Trentino production. The objectives were to evaluated if milk storage and collection procedures may affect cheese-making technology and quality. Actually the milk is collected and delivered to the cheese factory just after milking in 50 L cans without refrigeration or in tanks cooled at 18 °C. This procedure is expensive (two deliveries each day) and the milk quality is difficult to preserve as temperatures are not controlled. The milk refrigeration at the farm could allow a single delivery to the dairy. Therefore it could be a good strategy to preserve raw milk quality and reduce cheese spoilage. This operation may, however, have the drawbacks of favouring the growth of psychrotrophic bacteria and changing the aptitude of milk to coagulation. With the aim of studying the effect on milk and cheese of traditional and new refrigerated technologies of milk storage, two different collection and creaming technologies were compared. The trials were replicated in three cheese factories manufacturing Grana Trentino. Every cheese-making day, about 1000 milk liters were collected from always the same two farms in the different collection procedures (single or double). Milk was processed to produce 2 wheels of Grana trentino every day. During the refrigerated trials, milk was collected and stored at the farm in a mixed tank at 12 or 8 °C and then was carried to the dairy in truck once a day. 112 cheese making day were followed: 56 for traditional technology and 56 for the refrigerated one. Each one of these two thechnologies lead to different ways of creaming: long time in the traditional one and shorter in the new one. For every cheese making day we recorded time, temperatures and pH during the milk processing to cheese. Whole milk before ceraming, cream and skim milk after creaming, vat milk and whey were sampled during every cheese-making day for analysis. After 18 months ripening we opened 46 cheese wheels for further chemical and microbiological analyses. The trials were performed with the aim of: 1 estimate the effect of storage temperatures on microbial communities, physico-chemical or/and rheological differences of milk and skim milk after creaming. 2 detect by culture dependent (plate counts) and indipendent (DGGE) methodolgies the microbial species present in whole, skimmed milk, cream and cheese sampled under the rind and in the core; 3 estimate the physico-chemical characteristics, the proteolytic activity, the content of free aminoacids and volatile compounds in 18 months ripened Grana Trentino cheeses from different storing and creaming of milk technologies. The results presented are remarkable since this is the first in-deep study presenting microbiological and chemical analysis of Grana Trentino that even if belonging to Grana Padano Consortium, it is clearly different in the milk and in the manufacturing technology.

Emerging contaminants in agricultural ecosystems: impact of selected pharmaceutical on water and soil ecology and pratical implications

Pharmaceuticals are useful tools to prevent and treat human and animal diseases. Following administration, a significant fraction of pharmaceuticals is excreted unaltered into faeces and urine and may enter the aquatic ecosystem and agricultural soil through irrigation with recycled water, constituting a significant source of emerging contaminants into the environment. Understanding major factors influencing their environmental fate is consequently needed to value the risk, reduce contamination, and set up bioremediation technologies. The antiviral drug Tamiflu (oseltamivir carboxylate, OC) has received recent attention due to the potential use as a first line defence against H5N1 and H1N1 influenza viruses. Research has shown that OC is not removed during conventional wastewater treatments, thus having the potential to enter surface water bodies. A series of laboratory experiments investigated the fate and the removal of OC in surface water systems in Italy and Japan and in a municipal wastewater treatment plant. A preliminary laboratory study investigated the persistence of the active antiviral drug in water samples from an irrigation canal in northern Italy (Canale Emiliano Romagnolo). After an initial rapid decrease, OC concentration slowly decreased during the remaining incubation period. Approximately 65% of the initial OC amount remained in water at the end of the 36-day incubation period. A negligible amount of OC was lost both from sterilized water and from sterilized water/sediment samples, suggesting a significant role of microbial degradation. Stimulating microbial processes by the addition of sediments resulted in reduced OC persistence. Presence of OC (1.5 μg mL-1) did not significantly affect the metabolic potential of the water microbial population, that was estimated by glyphosate and metolachlor mineralization. In contrast, OC caused an initial transient decrease in the size of the indigenous microbial population of water samples. A second laboratory study focused on basic processes governing the environmental fate of OC in surface water from two contrasting aquatic ecosystems of northern Italy, the River Po and the Venice Lagoon. Results of this study confirmed the potential of OC to persist in surface water. However, the addition of 5% of sediments resulted in rapid OC degradation. The estimated half-life of OC in water/sediment of the River Po was 15 days. After three weeks of incubation at 20 °C, more than 8% of 14C-OC evolved as 14CO2 from water/sediment samples of the River Po and Venice Lagoon. OC was moderately retained onto coarse sediments from the two sites. In water/sediment samples of the River Po and Venice Lagoon treated with 14C-OC, more than 30% of the 14C-residues remained water-extractable after three weeks of incubation. The low affinity of OC to sediments suggests that the presence of sediments would not reduce its bioavailability to microbial degradation. Another series of laboratory experiments investigated the fate and the removal of OC in two surface water ecosystems of Japan and in the municipal wastewater treatment plant of the city of Bologna, in Northern Italy. The persistence of OC in surface water ranged from non-detectable degradation to a half-life of 53 days. After 40 days, less than 3% of radiolabeled OC evolved as 14CO2. The presence of sediments (5%) led to a significant increase of OC degradation and of mineralization rates. A more intense mineralization was observed in samples of the wastewater treatment plant when applying a long incubation period (40 days). More precisely, 76% and 37% of the initial radioactivity applied as 14C-OC was recovered as 14CO2 from samples of the biological tank and effluent water, respectively. Two bacterial strains growing on OC as sole carbon source were isolated and used for its removal from synthetic medium and environmental samples, including surface water and wastewater. Inoculation of water and wastewater samples with the two OC-degrading strains showed that mineralization of OC was significantly higher in both inoculated water and wastewater, than in uninoculated controls. Denaturing gradient gel electrophoresis and quantitative PCR analysis showed that OC would not affect the microbial population of surface water and wastewater. The capacity of the ligninolytic fungus Phanerochaete chrysosporium to degrade a wide variety of environmentally persistent xenobiotics has been largely reported in literature. In a series of laboratory experiments, the efficiency of a formulation using P. chrysosporium was evaluated for the removal of selected pharmaceuticals from wastewater samples. Addition of the fungus to samples of the wastewater treatment plant of Bologna significantly increased (P < 0.05) the removal of OC and three antibiotics, erythromycin, sulfamethoxazole, and ciprofloxacin. Similar effects were also observed in effluent water. OC was the most persistent of the four pharmaceuticals. After 30 days of incubation, approximately two times more OC was removed in bioremediated samples than in controls. The highest removal efficiency of the formulation was observed with the antibiotic ciprofloxacin. The studies included environmental aspects of soil contamination with two emerging veterinary contaminants, such as doramectin and oxibendazole, wich are common parasitic treatments in cattle farms.

L’allevamento della sogliola comune (Solea solea L.): riproduzione controllata e nuovi sviluppi di nutrizione e alimentazione in fase larvale e giovanile

In questa tesi sono illustrate alcune sperimentazioni finalizzate alla standardizzazione del ciclo produttivo della sogliola comune (Solea solea) in cattività. E’ stato creato un parco di riproduttori selvatici ed è stata standardizzata la riproduzione ad un livello compatibile con la realtà produttiva del settore. Indagini genetiche di assegnazione parentale hanno evidenziato come alcuni esemplari siano stati predominanti negli accoppiamenti e nel conseguente contributo alla generazione della prole. Ciò ha determinato una diminuzione della variabilità genetica dei discendenti. La composizione quali-quantitativa degli acidi grassi delle uova è stata correlata con la sopravvivenza larvale nel corso di un’intera stagione riproduttiva. Tale composizione non ha subito importanti variazioni su scala temporale e sembra essere stata influenzata dall’alimentazione somministrata ai riproduttori nel periodo precedente alla riproduzione. Le analisi di interazione tra momento riproduttivo e qualità delle uova hanno confermato che è stato possibile ottenere uova di buona qualità in termini di sopravvivenza larvale nel corso di tutta la stagione riproduttiva. Larve di sogliola sono state svezzate precocemente 13 giorni dopo la schiusa riducendo l’impiego di cibo vivo a favore di micro diete commerciali. Tale svezzamento ha ridotto le performance di accrescimento, ma non la sopravvivenza e lo sviluppo della metamorfosi quando comparati ad un trattamento standard. La riduzione del cibo vivo ha ottimizzato i costi di produzione e migliorato l’igiene in vasca. L’ontogenesi di precursori di enzimi digestivi è stata determinata tramite PCR quantitativa. I risultati di espressione di tripsinogeno, chimotripsinogeno e amilasi hanno mostrato come tali enzimi rivestano un ruolo chiave nei processi digestivi delle prime fasi larvali. Esemplari giovanili hanno ottenuto un significativo maggiore indice di accrescimento e migliore indice di conversione quando alimentati con diete sperimentali contenenti un elevato tenore proteico. Un aumento dell’incidenza di vacuoli lipidici a livello epatico è stato osservato all’aumentare del tenore proteico della dieta.