Micro e Nano sistemi e loro applicazioniMarco Bianconi

CNR-IMM – Laboratorio MIST E-RVia 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 microcontrolloripolifunzionali 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-RLaboratorio di Micro e Sub-Micro Tecnologie

abilitanti per l’Emilia-Romagna

Responsabile: Dr. Gian Giuseppe Bentini

MissioneMissione didi MIST EMIST E--RR((EccellenzaEccellenza ScientificaScientifica))

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. Sviluppare strumenti innovativi per la produzione di nuovi sistemi di interfaccia tra le nanostrutture ed il mondo macroscopico

4. Formare nuovo personale ad un nuovo approccio multidisciplinare e di integrazione tra ricerca ed industria

Missione di MIST EMissione di MIST E--RR(Trasferimento Tecnologico)(Trasferimento Tecnologico)

• dimostrando le Possibilità Industriali Possibilità Industriali dei Microsistemi tramite lo sviluppo di nuovi materiali, processi e prototipi prototipi prepre--competitivicompetitivi..

• promuovendo il Trasferimento Tecnologico Trasferimento Tecnologico dei risultati ottenuti nel contesto di progetti Nazionali ed Europei

•• Colmando il gap tra Ricerca ed Industria, grazie all’integrazionColmando il gap tra Ricerca ed Industria, grazie all’integrazione delle e delle attività che si crea quando persone appartenenti ai due mondi attività che si crea quando persone appartenenti ai due mondi lavorano lavorano assieme nello stesso laboratorio per sviluppare progetti di comuassieme nello stesso laboratorio per sviluppare progetti di comune ne interesse. interesse.

Guidare lo sviluppo di nuovi prodotti e nuove aree di Guidare lo sviluppo di nuovi prodotti e nuove aree di mercato attraverso le mercato attraverso le MicroMicro--TecnologieTecnologie::

PartnersPartners: Ricerca: Ricerca

•• CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche)CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche)

Istituto per la Microelettronica e i MicrosistemiIstituto per la Microelettronica e i Microsistemi (IMM) Bologna(IMM) Bologna

IstitutoIstituto dei Materiali per l’Elettronica ed il Magnetismodei Materiali per l’Elettronica ed il Magnetismo (IMEM) Parma(IMEM) Parma

Istituto per lo Studio dei Materiali Istituto per lo Studio dei Materiali NanostrutturatiNanostrutturati (ISMN) Bologna (ISMN) Bologna

•• UNIVERSITA’ di BOLOGNAUNIVERSITA’ di BOLOGNA

Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica (DEIS)(DEIS)

•• UNIVERSITY of FERRARAUNIVERSITY of FERRARA

Dipartimento di Fisica Dipartimento di Fisica –– Laboratorio sensori e semiconduttori Laboratorio sensori e semiconduttori

Dipartimento di IngegneriaDipartimento di Ingegneria

PartnersPartners: Industria: Industria•• DEMOCENTERDEMOCENTER, Modena, Modena

•• CARLO GAVAZZI SPACECARLO GAVAZZI SPACE BolognaBologna

•• SACMISACMI, Imola (, Imola (BoBo))

•• MEECMEEC--SrlSrl, Ferrara, Ferrara

Distribuzione dei Distribuzione dei PartnersPartners Ricerca e Ricerca e IndustriaIndustria Capitale UmanoCapitale Umano

•• SENIOR SENIOR 16 anni16 anni--uomouomo

•• GIOVANI GIOVANI 34 anni34 anni--uomouomo

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). Laparte 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

Acceleratore Tandetron 1.7 MV

Laser ad Eccimeri KrF

MiniThruster MEMS a Propellente Liquido per controllo di stabilità di �-Satelliti

GolaGola

Nozzle DesignMicro-Trapanazione

del Silicio

500 µm

Camera Catalitica fabbricata tramite DRIE

Regioni di fine range degli ioni

Fabbricazione di guide d’onda integrate

Regioni di fine range degli ioni

R

Ioni incidenti

Regioni di fine range degli ioni

Schema del Microinterferometro Integrato Mach-Zehnder

Photodetector

Amplifier Output Signal

Input RadiationMicrointerferometroMicrointerferometro12 cm

Driving Signals

Microinterferometro Microinterferometro MachMach--ZehnderZehnder

Spettrometro a Tre Canali SpettraliSpettrometro a Tre Canali Spettrali

Lo strumento, il cui studio è stato finanziato dall’ESA,Lo strumento, il cui studio è stato finanziato dall’ESA,ha superato i requisiti per la missione VENUS EXPRESSha superato i requisiti per la missione VENUS EXPRESS

Strutture Fotoniche realizzate tramite Laser Strutture Fotoniche realizzate tramite Laser AblationAblation