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- ELETTRONICA OGGI 456 - SETTEMBRE 2016
L
e nanotecnologie hanno senza dubbio fatto fare
passi da gigante allo sviluppo dei sistemi micro/
nano elettromeccanici e ne hanno ampliato le possi-
bilità di utilizzo anche in applicazioni impensabili fino
a un paio d’anni fa, come nel medicale oppure nei
controlli di qualità sulla filiera alimentare. Il successo
delle sperimentazioni sulla fabbricabilità dei Mems e
dei Nems anche sui wafer da 300 mm, oltre a molti-
plicarne la competitività sul mercato rispetto ai wafer
da 200 nm, consentirebbero in più di realizzare anche
le strutture 3D o Through-Silicon-Via (TSV) che già si
fanno nei chip offrendo così ai progettisti ulteriori gra-
di di libertà per migliorare le prestazioni ottenibili. Ne
ha parlato Jean-René Lèquepeys del CEA-Leti france-
se spiegando che così si potranno integrare insieme
più Mems come già sperimentato nel centro ricerche
di Grenoble dove hanno unito un accelerometro, un
giroscopio e un magnetometro in una struttura mul-
tilivello compatta con tre assi di misura per ciascun
componente. Inoltre, ulteriori passi avanti sono stati
fatti nei processi che consentono la deposizione del-
le strutture Mems a film sottile anche a temperatura
ambiente senza bisogno di processi termici molto più
impegnativi e ciò consente di abbassare ulteriormente
i costi per la fabbricazione delle strutture complesse,
comprendenti per esempio membrane sospese o lami-
ne libere di muoversi o flettersi in più di una direzione.
Grazie a queste novità il mercato dei Mems potrà cre-
scere sensibilmente dagli 11,1 milioni di dollari fattu-
rati nel 2014, arrivando a valerne ben 20 entro il 2020,
come previsto nel report “Status of the MEMS Indust-
ry” pubblicato dagli analisti francesi di Yole Dévelop-
pement cui fanno seguito gli analisti inglesi di Techna-
vio nel report “Global Mems Inertial Sensors Market”
dove prevedono una crescita con Cagr del 14% fino
al 2019 per i sensori Mems inerziali proprio grazie alla
recente possibilità di unire più funzioni in un’unica mi-
cro o nano struttura.
La Thin-Film Microbalance
La possibilità di pesare le particelle micrometriche
è stata approfondita a Dallas dal professor Siavash
Pourkamali dell’università del Texas che nel 2011 ha
pubblicato le sue ricerche e nel contempo fondato la
società femtoScale insieme ad altri ingegneri dello
stesso ateneo e della vicina università di Denver con
cui ha collaborato e continua tutt’oggi a collaborare
per sviluppare ulteriormente questa nuova tecnologia.
In pratica la Thin-Film Microbalance, o microbilancia a
film sottile, è un risonatore Mems che permette di pe-
sare in tempo reale le masse piccole anche a livello dei
microgrammi. Il principio di funzionamento è lo stesso
di un oscillatore piezoelettrico la cui frequenza di oscil-
lazione dipende dal suo peso con la semplice legge
dove k è la rigidità del materiale e m la massa. Questo
principio si usa già per fabbricare le Quartz Crystal
Microbalance (QCM) o microbilance a cristallo di
quarzo dove l’oscillatore è un cristallo di quarzo e fun-
ziona esattamente nello stesso modo perché quando
si appoggia qualcosa sopra al cristallo se ne cambia
il peso e di conseguenza si osserva una diminuzione
della frequenza di oscillazione proporzionale alla mas-
Fig. 1 – All’European
MEMS Summit 2015 di
Milano l’annuncio del
passaggio dai wafer
di 200 mm ai wafer
di 300 mm anche per
la fabbricazione dei
MEMS che così potran-
no comprendere anche
strutture multilivello
tridimensionali
Una microbilancia Mems per pesare
i microgrammi
Lucio Pellizzari
La bilancia Mems a film sottile consente di rilevare
la presenza di particelle con diametro inferiore a
un centinaio di nanometri anche se immerse nei
liquidi o nei gas e perciò permette di realizzare
nuovi sensori di polveri ultra sottili e persino di
microrganismi
TECH INSIGHT
MEMS MICROBALANCE