Micro e Nano sistemi e loro applicazioni

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1 Micro e Nano sistemi e loro applicazioni Marco Bianconi CNR-IMM Laboratorio MIST E-R Via P.Gobetti, Bologna

2 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

3 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.

4 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).

5 MIST E-R Laboratorio di Micro e Sub-Micro Tecnologie abilitanti per l Emilia-Romagna Responsabile: Dr. Gian Giuseppe Bentini

6 Missione di MIST E-RE (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. 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

7 Missione di MIST E-RE (Trasferimento Tecnologico) Guidare lo sviluppo di nuovi prodotti e nuove aree di mercato attraverso le Micro-Tecnologie Tecnologie: dimostrando le Possibilità Industriali dei Microsistemi tramite lo sviluppo di nuovi materiali, processi e prototipi pre-competitivi 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 e delle attività che si crea quando persone appartenenti ai due mondi lavorano assieme nello stesso laboratorio per sviluppare progetti di comune interesse.

8 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

9 Partners: : Industria DEMOCENTER,, Modena CARLO GAVAZZI SPACE Bologna SACMI,, Imola (Bo( Bo) MEEC-Srl Srl,, Ferrara Distribuzione dei Partners Ricerca e Industria Capitale Umano SENIOR 16 anni-uomo GIOVANI 34 anni-uomo

10 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.

11 L area Pulita ha una superficie totale di 500 m 2, tra corridoi e stanze-laboratorio. Circa metà di questa area è classificata (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%.

12 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

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

14 Nozzle Design Micro-Trapanazione del Silicio Gola

15 Camera Catalitica fabbricata tramite DRIE 500 µm

16 Fabbricazione di guide d onda integrate Ioni incidenti R Regioni di fine range degli ioni ioni Regioni di fine range degli ioni Schema del Microinterferometro Integrato Mach-Zehnder

17 Microinterferometro Mach-Zehnder Output Signal Amplifier Photodetector Driving Signals 12 cm Microinterferometro Input Radiation

18 Spettrometro a Tre Canali Spettrali Lo strumento, il cui studio è stato finanziato dall ESA, ha superato i requisiti per la missione VENUS EXPRESS

19 Strutture Fotoniche realizzate tramite Laser Ablation