Intervista al Dott. Luca Boarino, responsabile di “Nanofacility Piemonte”, presso l'INRIM - Sito ufficiale della Regione Piemonte - Innovazione, Ricerca, Universit�

Luglio 2010

Torino è sede dell’INRIM, l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, l’unico ente pubblico di ricerca nazionale con sede principale in Piemonte.
Presso l’INRIM – che si occupa di scienza delle misure e dei materiali e sviluppa tecnologie e dispositivi innovativi – a dicembre 2009 è stato inaugurato “Nanofacility Piemonte”.

Cos’è “Nanofacility Piemonte”?

Nanofacility e’ il piu recente laboratorio nato presso il centro di microfabbricazione “Quantum Research” dell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, dedicato alla nanolitografia e alla nanofabbricazione di dispositivi mediante fasci elettronici e ionici.
Per Nanolitografia a fascio elettronico e ionico si intende la capacità di definire geometrie e strutture su scala nanometrica mediante un flusso di elettroni o di ioni che vengono focalizzati attraverso lenti magnetiche nello stesso modo in cui un fascio di luce passa attraverso le lenti di un microscopio ottico.
I microscopi ottici ci permettono di vedere oggetti dell’ordine del micrometro (un milionesimo di metro) con ingrandimenti massimi di 1000 X, un microscopio basato sugli elettroni o su ioni Gallio può anche raggiungere un milione di ingrandimenti, consentendoci di vedere pochi nanometri (un miliardesimo di metro).

Questo nuovo laboratorio-servizio di nanofabbricazione - sorto in meno di un anno, grazie al finanziamento della Compagnia di San Paolo per 1.2 M€ e al lavoro dei ricercatori e tecnici INRIM - si inserisce perfettamente tra le risorse già esistenti, quali la microlitografia ottica, che consente di definire strutture e geometrie mediante luce Ultravioletta e attraverso la proiezione di maschere micrometriche, apparati di deposizione e crescita di materiali, quali evaporatori termici, sputtering e sistemi di epitassia, mediante i quali e’ possibile realizzare strati sottili di materiali metallici, semiconduttori e isolanti.
Oltre a queste risorse di crescita e fabbricazione, presso l’INRIM esistono anche numerosi laboratori che consentono un’analisi e una misura, dette caratterizzazione delle proprietà morfologiche e strutturali dei materiali e dei dispositivi realizzati.

Nanofacility Piemonte ospita due microscopi elettronici di ultima generazione con una risoluzione dell’ordine di pochi nanometri (miliardesimi di metro) utile a vedere oggetti estremamente piccoli non visibili coi comuni microscopi ottici:

• il microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (SEM FEG) Inspect F della FEI Company attrezzato con microanalisi, un sistema che consente l’analisi degli elettroni secondari emessi dal campione fornendo informazioni sulla composizione.
• Dual Beam E-SEM FEG che opera anche in modalità Environment (a pressioni quasi atmosferiche e in presenza di vapore acqueo per l’analisi di campioni biologici) dotato di fascio elettronico e ionico convergenti sullo stesso campione. Normalmente i microscopi elettronici possiedono soltanto un fascio elettronico che consente di irradiare un campione, e mediante un rivelatore di elettroni e’ possibile ricostruire un’immagine degli elettroni che rimbalzano indietro (backscattered) o di quelli emessi dal materiale in esame (secondari) in conseguenza dell’interazione con quelli che arrivano dalla colonna. Il Dual Beam possiede invece anche un’altra colonna che “spara” ioni Gallio, quindi nuclei pesanti di un semiconduttore, sul campione, consentendo perciò, oltre ad un tipo di imaging piu’ legato alle direzioni cristallografiche del campione in esame, delle vere e proprie micro e nanolavorazioni, cioe’ scavi e tagli nei materiali e deposizione di materiale.
  Quest’apparecchiatura - per il momento unica nel nord ovest d’Italia – è anche dotata di rivelatore STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) ad altissima risoluzione e operante in trasmissione, di un sistema di Nanolitografia NPGS della j. C. Nabity System e di quattro nanomanipolatori con passanti elettrici della Kleindiek Nanoteknik per misure elettriche in-situ. La nanolitografia e’ un’altra importantissima operazione necessaria nella fabbricazione di nanostrutture e nanodispositivi, e consiste nel guidare il fascio di elettroni mediante un CAD (Computer Aided Design) sostanzialmente un programma di disegno, su un substrato sensibile agli elettroni, in modo da poter realizzare geometrie su scala nanometrica che saranno poi le “fondamenta” delle strutture che verranno poi realizzate depositando o rimuovendo materiali in modo opportuno.

Com’è organizzato il laboratorio?

L’accesso al laboratorio e’ aperto a tutte le realtà private e pubbliche attraverso le tariffe e le modalità di collaborazione scientifica indicate nel regolamento reperibile sul sito www.nanofacility.it
Al momento sono attivi una decina di progetti che utilizzano la nanolitografia, il fascio ionico, e la microanalisi. I primi report di attività, insieme alla galleria delle immagini più belle, sono sempre reperibili allo stesso sito web.

A sette mesi dall’inaugurazione di “Nanofacility Piemonte” qual è il bilancio dell’attività svolta e quali sono i programmi/progetti per il futuro?

Tra i progetti e’ possibile menzionare attività di ricerca di base ed applicativa, dalla realizzazione di dispositivi in grafene allo studio e caratterizzazione elettrica di singoli nanofili di silicio, dalla strutturazione di film sottili magnetici per self-assembly e nanolitografia a fascio elettronico, ai biosensori, dai sensori di flusso per le piattaforme industriali ai chip in diamante per le applicazioni biomedicali. Tali progetti sono svolti in collaborazione con il Politecnico di Torino, l’Università degli Studi di Torino o aziende private, nell’ambito di progetti regionali o di finanziamenti specifici.
Per il prossimo futuro si stanno avviando collaborazioni con l’Università di Torino, con l’Istituto IMM di Bologna del CNR e con l’Istituto Italiano di Tecnologia per la preparativa di campioni e lamelle sottili per la microscopia elettronica in trasmissione. Il sistema a doppio fascio elettronico e ionico è particolarmente indicato per tale tipo di preparativa e consente un notevole risparmio nei tempi di preparazione e nella qualità dei campioni realizzati.

Per ulteriori approfondimenti:

	Nanofacility - www.nanofacility.it
	INRIM - Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica - www.inrim.it