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domenica 31 gennaio 2010

NEMS: Il futuro dei sistemi microelettromeccanici

Nel mercato elettronico dei MEMS ( Micro Electro-Mechanical Systems ) si stanno affacciando i NEMS (Nano Electro Mechanical Systems) che sono costruttivamente molto simili ai precedenti, ma al contrario dei primi hanno dimensioni nanometriche.
Le grandezze fisiche tipiche della scala molecolare saranno rivoluzionate da questi nuovi prodotti della nanotecnologia, attualmente le principali sfide tecnologiche dei NEMS possono essere focalizzate nell’interconnessione fra gli stessi dispositivi ed il mondo esterno (a macroscala), nella comprensione ed il controllo dei meccanismi che regolano il comportamento delle nanostrutture, e nello sviluppo di tecniche per la produzione industriale.
Questi dispositivi sono fatti da elementi elettromeccanici che hanno dimensioni strutturali su scala submicrometrica, quindi possono essere interessanti per applicazioni in cui le strutture di massa molto piccola sono essenziali per il funzionamento come i sensori di forza, i sensori chimici e biologici, i risonatori a frequenza elevatissima.
I NEMS hanno seguito un percorso di sviluppo simile a quello dei MEMS, infatti, entrambe le tecnologie hanno fatto riferimento a tecniche di processo esistenti.
Per esempio, le tecniche di litografia a fascio elettronico usate nella fabbricazione top down dei NEMS sono uguali alle procedure standard che caratterizzano la fabbricazione dei circuiti integrati nanometrici, infatti, i materiali usati in molti dispositivi NEMS di prima generazione (Si, GaAs, Si3N4, SiC) sono gli stessi che sono stati utilizzati prima nei circuiti integrati e poi nei MEMS.
Come i primi dispositivi MEMS, la prima generazione di strutture NEMS consiste di elementi nanomeccanici quali travi e piatti realizzati usando processi semplici di bulk nanomachining e surface nanomachining.
La fabbricazione di strutture NEMS oltre al silicio comprende i composti III-V come l’arseniuro di gallio, materiali interessanti per la loro fabbricazione perché film sottili epitassiali di GaAs possono essere cresciuti su particolari materiali usati come strati sacrificali.
La tecnologia NEMS è ancora nella sua fase iniziale di sviluppo, ed in tempi brevi dovrà vincere le sfide tecnologiche relative alla fabbricazione ed al packaging introducendo soluzioni innovative prima che questi dispositivi abbiano un significativo impatto commerciale.
Per raggiungere risultati così ambiziosi e guidare lo sviluppo del nanoassemblaggio sarà necessario sviluppare un nuovo insieme di strumenti e competenze, tenendo presente che la guida in questo percorso dovrà essere la natura stessa, che da miliardi di anni costruisce dal basso le sue opere.
I processi di fabbricazione possono essere suddivisi nei due approcci usati per creare le strutture nanometriche: quella “ top down” dall’alto verso il basso, in altre parole la riduzione del dispositivo fino a livelli nanometrici, e quella “bottom up” dal basso verso l’alto, ovvero l’assemblaggio di molecole o aggregati di molecole per realizzare opportune nanostrutture.
Facendo un semplice esempio, immaginiamo di costruire un modellino di casa, con le tecniche “ top down” si ricava la casa a colpi di scalpello da un ipotetico grande ed unico mattone, mentre la tecnica “bottom up” è assimilabile all’unione di singoli mattoncini (le molecole) che opportunamente aggregati originano l’oggetto voluto, in questo caso il modellino di casa.