Micro e Nano sistemi e loro applicazioni
Marco Bianconi
CNR-IMM – Laboratorio MIST E-R
Via P.Gobetti, 101 – 40126 Bologna
I microsistemi (MS) sono microstrutture integrate costruite utilizzando le
tecnologie micro-elettroniche e di lavorazione chimica del silicio e di
altri materiali metallici, isolanti e semiconduttori, che possono
incorporare funzioni di tipo meccanico, ottico, elettronico, magnetico,
chimico e biologico, possono comprendere capacità funzionali
sensoriali, di elaborazione dati, di autocalibrazione e di attuazione.
I microsistemi includono sia i MEMS (sistemi micro-elettro-meccanici)
che i MOEMS (sistemi micro-ottico-elettromeccanici
BOSCH - airbag acceleration sensor
Nozzle di una stampante a
getto d’inchiostro
Nel medio e lungo periodo sono previsti ulteriori sviluppi di questi
componenti con tecnologie perfezionate nonché nuove applicazioni
volte alla realizzazione di micromotori efficienti, microrelays,
microspettrofotometri, dispositivi anticollisione avanzati, interruttori
ottici multipli, pace-makers, lab on chip dotati di microcontrollori
polifunzionali e nuovi microsistemi per la gestione del
raffreddamento di microspazi.
Nel futuro le nano tecnologie
forniranno ai microsistemi
nuovi materiali ed elementi
strutturali complessi per
sensori e per dispositivi
optoelettronici-fotonici.
L’approccio TOP-DOWN
consiste nella
miniaturizzazione sempre più
spinta di dispositivi, sfruttando
il continuo sviluppo delle
tecnologie microelettroniche
(<100 nm).
MIST E-R
Laboratorio di Micro e Sub-Micro Tecnologie
abilitanti per l’Emilia-Romagna
Responsabile: Dr. Gian Giuseppe Bentini
Missione di MIST E-R
(Eccellenza Scientifica)
1.
Creare un Laboratorio Network dedicato alle Tecnologie Abilitanti alla
produzione di Microsistemi (ottici, meccanici, chimici,..) tramite
l’associazione di strutture e expertise già esistenti in Regione.
2.
Diventare un punto di riferimento per la micro and sub-micro
ingegnerizzazione superficiale dei materiali, grazie alla sviluppo di
tecnologie “Top-Down” innovative, (fabbricazione non convenzionale di
strutture meccaniche e fotoniche, sensori innovativi,…)
3.
4.
Sviluppare strumenti innovativi per la produzione di nuovi sistemi di
interfaccia tra le nanostrutture ed il mondo macroscopico
Formare nuovo personale ad un nuovo approccio multidisciplinare e di
integrazione tra ricerca ed industria
Missione di MIST E-R
(Trasferimento Tecnologico)
Guidare lo sviluppo di nuovi prodotti e nuove aree di
mercato attraverso le Micro-Tecnologie:
• dimostrando le Possibilità Industriali dei Microsistemi tramite lo
sviluppo di nuovi materiali, processi e prototipi pre-competitivi.
• promuovendo il Trasferimento Tecnologico dei risultati ottenuti nel
contesto di progetti Nazionali ed Europei
• Colmando il gap tra Ricerca ed Industria, grazie all’integrazione delle
attività che si crea quando persone appartenenti ai due mondi lavorano
assieme nello stesso laboratorio per sviluppare progetti di comune
interesse.
Partners: Ricerca
• CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche)
Istituto per la Microelettronica e i Microsistemi (IMM) Bologna
Istituto dei Materiali per l’Elettronica ed il Magnetismo (IMEM) Parma
Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN) Bologna
• UNIVERSITA’ di BOLOGNA
Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica (DEIS)
• UNIVERSITY of FERRARA
Dipartimento di Fisica – Laboratorio sensori e semiconduttori
Dipartimento di Ingegneria
Partners: Industria
• DEMOCENTER, Modena
• CARLO GAVAZZI SPACE Bologna
• SACMI, Imola (Bo)
• MEEC-Srl, Ferrara
Distribuzione dei Partners Ricerca e
Industria
Capitale Umano
• SENIOR 16 anni-uomo
• GIOVANI 34 anni-uomo
Le tecnologie impiegate oggi per la realizzazione di MS sono quelle derivanti
dallo sviluppo della microelettronica del silicio, del suo ossido e dei circuiti
integrati, con l’aggiunta della tecnologia della lavorazione chimica
(micromachining) del silicio e di altri materiali. Vengono quindi estesamente
utilizzati i processi litografici impiegati nella fabbricazione dei circuiti
integrati, le tecniche di deposizione del silicio e del polisilicio, di
evaporazione termica e di sputtering, le varie tecniche di deposizione da
fase vapore (CVD) e di etching chimico e/o fisico e di impiantazione ionica.
L’area Pulita ha una superficie totale di 500 m2, tra corridoi e
stanze-laboratorio. Circa metà di questa area è classificata 100.000
(numero di particelle con diametro >0.5 µm per piede cubico). La
parte rimanente è costruita in classe 100 con flusso unidirezionale
dal soffitto al pavimento. In questa zona la temperatura è stabile
entro +/-1°C e l’umidità relativa è tenuta costante al 40% +/- 2%.
Nelle attività tecnologiche di MIST E-R vengono anche impiegate
tecnologie non-convenzionali basate sull’uso dei Laser di Potenza e
della Impiantazione Ionica ad Alta Energia
Laser ad Eccimeri KrF
Acceleratore Tandetron 1.7 MV
MiniThruster MEMS a Propellente Liquido per
controllo di stabilità di -Satelliti
Nozzle Design
Micro-Trapanazione
del Silicio
Gola
Camera Catalitica fabbricata tramite DRIE
500 µm
Fabbricazione di guide d’onda integrate
Ioni incidenti
R
Regionidi
di fine
fine range
ioni
Regioni
rangedegli
degli
ioni
Regioni di fine
range degli ioni
Schema del Microinterferometro Integrato Mach-Zehnder
Microinterferometro Mach-Zehnder
Amplifier
Output Signal
Photodetector
Driving Signals
12 cm Microinterferometro
Input Radiation
Spettrometro a Tre Canali Spettrali
Lo strumento, il cui studio è stato finanziato dall’ESA,
ha superato i requisiti per la missione VENUS EXPRESS
Strutture Fotoniche realizzate tramite Laser Ablation
