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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
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