Scopo di tale attività è lo sviluppo di dispositivi fotonici micro- e nano-strutturati in silicio da integrare in microsistemi-elettro-meccanici (MEMS), per consentire a questi di comunicare con l'esterno mediante canali ottici. L'attività è di notevolissimo interesse non solo in campo strettamente telecomunicazionistico o nell'ambito delle interconnessioni ottiche su chip per il superamento dei limiti legati all'utilizzo delle interconnessioni metalliche, ma soprattutto in tutte quelle applicazioni in cui è importante trasmettere quantità rilevanti di dati mediante canali completamente immuni alla presenza di rumori elettromagnetici (ad esempio, in campo automobilistico ed aerospaziale).
L'integrazione di funzioni ottiche su chip è inoltre importantissima nella bio-sensoristica e diagnostica medica dove si punta alla realizzazione di biochip e lab-on-chip in cui principale strumento di indagine è la luce (biofotonica) e quindi un ruolo fondamentale gioca l'integrazioni su chip di dispositivi fotonici, di biosensori, di parti microfluidiche, di strutture micromeccaniche e di circuiti microelettronici. Notevole i tale ambito è il ricorso alle nanotecnologie. In particolare, studi avanzati sono condotti sull'impiego del silicio poroso nanostrutturato da impiegare in campo sensoristico.
Il silicio poroso è un materiale dalle caratteristiche chimico-fisiche molto peculiari: ha morfologia spugnosa variabile, a seconda delle condizioni di fabbricazione, da array di pori ordinati fino a struttura caotica; emette radiazione visibile quando irraggiato da luce ultravioletta; è trasparente a partire da lunghezze d'onda di 800 nm; l'interazione con gas e liquidi cambia le sue proprietà ottiche e di conducibilità elettrica. è abbastanza semplice da produrre ed è perfettamente integrabile con i processi IC. Per questi motivi, moltissime sono le applicazioni in svariati campi: sensoristica, telecomunicazioni, biomedico.
Il silicio poroso è prodotto tramite attacco elettrochimico del silicio cristallino drogato: variando la densità di corrente ed il tempo di erogazione della stessa si possono ottenere strati a differente porosità e quindi con differenti proprietà ottiche a partire dalla superficie in contatto con la soluzione elettrochimica. In questo modo è possibile progettare e realizzare strutture ottiche interferometriche (film di Fabry-Perot) o risonanti (specchi di Bragg, microcavità, film Thue-Morse e così via).
Questi dispositivi fotonici possono essere impiegati come filtri per il multiplexing e demultiplexing ottico delle frequenze utilizzate in telecomunicazioni.
È anche possibile ipotizzare di poter rendere tunabili, ossia controllare con campi esterni,le frequenze di interesse infiltrando i multistrati porosi con materiali ad essi sensibili, quali i cristalli liquidi, i dye, i polimeri o le nanopolveri.
La morfologia porosa e le caratteristiche chimico-fisiche del silicio poroso lo rendono un materiale quasi ideale quale trasduttore per la rivelazione di agenti biochimici: l'elevata superficie specifica assicura una interazione effige e veloce con gli analiti di interesse. Il riempimento dei pori a scapito dell'aria in essi contenuta provoca un aumento dell'indice di rifrazione medio della struttura con conseguente spostamento verso lunghezze d'onda maggiori dello spettro di riflessione. Questo meccanismo di rivelazione dipende sia dall'indice di rifrazione della sostanza che riempie i pori che dalla capacità che ha di riempirli. Quindi il sensore è in grado di riconoscere le sostanze pure ma non riesce a separare i diversi contributi dovuti a sostanze presenti in miscele complesse. Per aumentare la selettività dei sensori realizzati è possibile modificare chimicamente la superficie del silicio poroso inducendo legami covalenti con sonde biomolecolari quali proteine, DNA ed enzimi che hanno capacità di riconoscimento altamente selettive. Possono inoltre essere marcate con opportuni fluorofori per la realizzazione di sensori in fluorescenza. Pur agganciate alla superficie del chip le sonde non perdono la loro capacità analitica.
Coniugando la microfabbricazione elettrochimica con le tecniche standard di IC, quali l'anodic bonding e la fotolitografia front-back, puntiamo alla progettazione ed alla realizzazione di circuiti microfluidici del tipo lab-on-chip per applicazioni analitiche e tecnologiche a largo spettro (abbiamo recentemente brevettato un microsistema per la determinazione della frazione alcolica in una miscela complessa basato sulla distillazione frazionata e la rivelazione ottica degli analiti separati).
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