Che cos'è la microfabbricazione?
Microfabbricazione e micromachining sono termini che descrivono le tecnologie e i processi utilizzati nella realizzazione di strutture o dispositivi microscopici. Queste strutture possono variare in dimensioni dalla larghezza di un capello umano fino a più piccola di una singola cellula umana. La capacità di costruire dispositivi così piccoli ha spinto i progressi tecnologici nei computer, nell'elettronica di consumo, nella tecnologia dell'energia verde e in molti altri campi. Le tecniche di microfabbricazione variano ampiamente a seconda del dispositivo che viene costruito.
Nel campo della microfabbricazione, le dimensioni sono misurate in micrometri. Un micrometro, spesso noto come micron, è un millesimo di millimetro. Ci sono 25.400 micron in un pollice. La nanotecnologia è un campo simile, ma si occupa di componenti ancora più piccoli.
L'uso di parti microfabbricate è stato introdotto dall'industria dei semiconduttori. Le invenzioni del transistor e del circuito integrato negli anni '40 e '50 provocarono una tendenza alla miniaturizzazione dell'elettronica. Man mano che le tecniche di microfabbricazione miglioravano, venivano costruiti circuiti integrati più piccoli e più complessi, che permettevano di costruire potenti microchip.
Un numero crescente di industrie si affida alla microfabbricazione. Piccole macchine note come sistemi microelettromeccanici si trovano in molti dispositivi, inclusi smartphone e sensori airbag per auto. Le celle a combustibile e i pannelli solari utilizzano anche parti microfabbricate. Tecniche e tecnologie di microfabbricazione sono state utilizzate in applicazioni di ricerca in campi dalla microbiologia alla fisica delle particelle.
Le tecniche utilizzate in un processo di microfabbricazione dipendono dall'industria e dal risultato desiderato. La maggior parte delle tecniche sono approcci top-down, nel senso che iniziano con un componente più grande, come un wafer di silicio, e rimuovono da esso fino alla creazione della struttura finale. Esempi di tecniche top-down utilizzate a livello microscopico includono il taglio, la lucidatura e l'attacco.
La produzione dal basso in questo campo è un campo ampiamente sperimentale. Nell'approccio dal basso verso l'alto, oggetti più piccoli come atomi o molecole vengono utilizzati per creare un sistema o dispositivo più grande. Le tecniche bottom-up sono utilizzate in applicazioni destinate a imitare strutture o funzioni biologiche.
Molte delle tecniche utilizzate nella microfabbricazione sono prese in prestito da altre discipline. I campi della fotografia, dell'ottica e della fisica hanno contribuito alla microtecnologia. Alcune tecniche di produzione tradizionali, come lo stampaggio a iniezione, sono state miniaturizzate e utilizzate nella microfabbricazione.
Indipendentemente dalla tecnica utilizzata, la fabbricazione a livello microscopico presenta sfide uniche. Le dimensioni ridotte significano che un singolo pezzo di polvere può rendere inutile un dispositivo. I laboratori di microfabbricazione sono locali progettati per controllare particelle sospese nell'aria come polvere e microbi. I lavoratori devono indossare indumenti protettivi all'interno di queste stanze per prevenire la contaminazione delle parti microscopiche create.