ELETTRONICA/ Il nuovo Polifab: benvenuti nell’officina del XXI secolo

La visita a una Clean Room (o Camera Bianca) evoca sempre un’atmosfera avveniristica e di alta tecnologia e anche quella inaugurata venerdì scorso al Politecnico di Milano non è sfuggita a questa regola. Qui però futuro e hi-tech si coniugano subito con un senso di grande concretezza che supera i confini di un laboratorio universitario. Si chiama Polifab, è situato nel Campus Leonardo ed è un centro per le micro e nano-fabbricazioni, creato per fornire le tecnologie necessarie allo sviluppo di applicazioni in fotonica, micro e nanoelettronica, biotecnologie con l’integrazione di materiali avanzati e nanotecnologie.

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Il Direttore di Polifab, Andrea Lacaita, tiene a sottolineare la duplice missione del centro: sostenere e promuovere le attività di ricerca dell’Ateneo milanese e facilitare collaborazioni e sinergie con enti di ricerca esterni e con il mondo industriale: «Una struttura come questa può mettere a disposizione di ricercatori e aziende le principali tecnologie necessarie per la realizzazione di microlavorazioni, di prototipi di microsistemi, per il loro assemblaggio e incapsulamento fino alla funzionalizzazione biochimica delle superfici. Grazie alle macchine e alle strumentazioni di cui è dotato, Polifab è certamente all’avanguardia nel settore.

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Siamo in grado di condurre ricerca di frontiera grazie anche al contributo e al sostegno della Fondazione CIFE (il Centro Internazionale della Fotonica per l’Energia, nato nel 2010 dalla collaborazione tra Cnr, Fondazione Politecnico e Pirelli SpA) che ci ha messo a disposizione molte delle attrezzature oggi in dotazione». Le applicazioni sono molteplici: biosensori per la diagnostica medica, chip microfluidici per studi biologici, sensori e memorie magnetiche, dispositivi per la nanoelettronica, fotonica integrata e componenti per il fotovoltaico. E Lacaita ci illustra lo scenario e la prospettiva nella quale si collocano tutte queste attività.

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«Dopo la grande rivoluzione delle reti di comunicazione, siamo all’inizio dell’era della pervasività. Mi riferisco a un insieme di avanzamenti tecnologici radicali che stanno modificando tre “strati” strutturati e fondamentali: anzitutto lo strato hardware, per cui abbiamo la distribuzione di intelligenza ovunque; poi la riorganizzazione delle reti, con l’inserimento di nuove tecnologie di rete organizzate in modo gerarchico per i vari tipi di reti; fino alla virtualizzazione dell’informazione, con una rete come Internet che non è più un deposito di dati ma diventa un deposito di conoscenza». Si tratta quindi di un’evoluzione drastica e veloce, che implica lo sviluppo di ulteriori innovazioni radicali: dai componenti, ai microsistemi, alle reti, all’organizzazione generale delle reti stesse. «Con PoliFab siamo nell’ambito dei microsistemi, concentrandoci sul lato hardware dell’innovazione.

Possiamo dire che i microsistemi diventano sempre più un insieme di tecnologie abilitanti che devono affrontare congiuntamente alcune sfide fondamentali: un microsistema deve essere intelligente, compatto, a basso consumo, autonomo, connesso. Tutto ciò sta avvenendo attraverso uno sviluppo senza precedenti di integrazione di soluzioni e di discipline che fino a pochi anni fa erano separate e che oggi invece devono convergere per realizzare innovazioni significative; abbiamo quindi la convergenza di elettronica, fotonica, meccanica, fluidica, chimica e altre ancora. Qui si sta forgiando una nuova ingegneria, che sta nascendo attraverso lo sviluppo di un lessico nuovo che permette a ricercatori di ambiti diversi di poter comunicare e unire idee e progetti». Lacaita fa osservare che qui concretamente si passa alla messa a punto di sistemi e si giunge alla concretezza manifatturiera, «che forse per l’Italia è un elemento importante: siamo un Paese manifatturiero e continueremo ad esserlo solo se riusciremo a incamerare queste tecnologie nella realizzazione di prodotti innovativi.

La nostra nuova Clean Room non è altro che un’officina del XXI secolo, dove l’integrazione prima evocata si concretizza ogni giorno. All’interno della Clean Room abbiamo un insieme di macchinari che messi a disposizione dei ricercatori e degli ingegneri devono generare nuovi prodotti». Visitando in anteprima la Clean Room – non senza aver opportunamente indossato gli indumenti protettivi – abbiamo visto alcune di quelle apparecchiature d’avanguardia già all’opera sui componenti di domani. I 370 m2 del PoliFab sono suddiviso in due aree adiacenti: la prima, di 150 m2, è in classe Iso06 (che significa che non può contenere più di 293 particelle per m3 più grandi di 5 micron); la seconda, in classe Iso08 (non più di 29.300), copre i restanti 220 m2.

Le due aree sono a loro volta suddivise in alcuni ambienti dotati di impianti e apparecchiature per le varie fasi delle lavorazioni. C’è l’area dove avviene la deposizione degli strati, con varie tecniche e apparecchiature avanzate e controllabile alla nanoscala: ci sono tutti i sistemi per la deposizione di film sottili e c’è la zona per i film sottili magnetici, dove vediamo una delle apparecchiature più spettacolari, che utilizza un fascio ionico per le tecniche di etching e sputtering. C’è poi la “stanza gialla”, dedicata alla litografia, dove si possano definire e realizzare le geometrie tridimensionali adatte per realizzare i vari dispositivi; è gialla perché l’ambiente non deve disturbare la pellicola polimerica che viene utilizzata in questi processi: si possono effettuare processi di litografia ottica e litografia a fascio elettronico.

Completano il quadro la stanza denominata back end, per il trattamento dei wafer, la wet area, per i processi di etching chimico, e lo spazio per la caratterizzazione metrologica. C’è da aggiungere che il Polifab mette a disposizione degli utenti anche un laboratorio per la funzionalizzazione biochimica delle superfici. La Clean Room inoltre è circondata da un cluster di laboratori che operano nei campi della fotonica integrata, del fotovoltaico, della biosensoristica, della spintronica, dell’elettronica organica e della strumentazione elettronica integrata. Lacaita ci illustra i progetti già avviati, che attualmente coinvolgono ricercatori del Dipartimento di Elettronica Informazione e Bioingegneria, il Dipartimento di Fisica e il CIFE.

Il primo, denominato Eschilo (Early Stage Cancer diagnosis via HIghly sensitive Lab-On-chip), che si è sviluppato seguendo la Clean Room nella sua costruzione, è finalizzato alla realizzazione di dispositivi per diagnosi precoce del cancro, in collaborazione con Ifom e finanziato da Fondazione Cariplo.

Un secondo progetto, Stalking Light al quale è interessata un’azienda come Huawei, nasce dall’idea di poter rilevare la presenza della luce all’interno di guide fotoniche senza utilizzare la luce stessa, quindi potremmo dire in modo non invasivo. Si basa sulla rilevazione di un debolissimo segnale elettrico capacitivo generato dalla luce ai morsetti di una metallizzazione posta agli estremi della guida: un’operazione che richiede dispositivi molto sensibili, in grado di rilevare capacità dell’ordine della decina di zeptoFarad (zepto sta per millesimo di miliardesimo di miliardesimo).

Il terzo, il progetto Rescue, che ha ricevuto un grant ERC e vede l’interesse di Intel, ha l’obiettivo di realizzare alla nanoscala circuiti neuromorfi, cioè che imitano l’elaborazione del segnale nel cervello umano, e lo fanno con una minima dissipazione di energia. Infine il progetto Scuola, promosso dal consorzio CIFE in collaborazione con A2A, per mettere a punto materiali innovativi per fotovoltaico ad alta efficienza di nuova generazione.





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