Nanorisonatori per rilevamento di massa ad alta risoluzione
I progressi nella nanotecnologia hanno consentito la miniaturizzazione di microcantilever, ampiamente utilizzati per la realizzazione di sensori, basati sul rilevamento dei cambiamenti delle superfici sottoposte a sollecitazione come segnale di risposta. L'assorbimento o la deposizione di composti su cantilever che vibrano a scala nanometrica può essere rilevato tramite il monitoraggio dello spostamento in frequenza di risonanza dovuto alla massa aggiunta. Le strutture di nanoresonatori sono eccitate in una vibrazione laterale per mezzo di una tensione CA/CC applicata tra il cantilever in sospensione e un elettrodo parallelo fisso. Le modifiche nella frequenza di risonanza del cantilever vengono osservate come cambiamenti di capacitanza. Come risultato delle innovazioni tecnologiche realizzate nel progetto NANOMASS II, è stato sviluppato un System-on-Chip completo per l'eliminazione della capacitanza parassita indotta da conduttori e saldature esterne. Assieme al cantilever è stata integrata una circuiteria CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) per l'eccitazione e la lettura della deflessione del cantilever, abbinando le tecnologie CMOS standard ai nuovi metodi di nanofabbricazione. Sono stati realizzati nanocantilever al cromo ultrasottili tramite litografia a fascio di elettroni, utilizzando una maschera a doppio strato di materiale isolante su un chip al silicio. Dopo il processo iniziale, i nanocantilever sono stati realizzati dal substrato tramite incisione ionica reattiva avanzata. I nanocantilever al cromo prodotti presentavano una lunghezza di 3œm e una larghezza misurata inferiore a 90nm. In alternativa, sono stati sviluppati stampi al quarzo specifici per la realizzazione di nanocantilever nel substrato CMOS tramite nanolitografia NIL (Nano-Imprint Lithography). I due diversi processi di nanolitografia sono stati confrontati ulteriormente per valutarne vantaggi e limiti in termini di riduzione delle dimensioni, produttività e compatibilità con i semiconduttori CMOS. Nella fabbricazione di questi sistemi nanoelettromeccanici (NEMS), è di fondamentale importanza la conoscenza dettagliata delle loro proprietà elettriche e soprattutto meccaniche, per poterli impiegare come singoli sensori molecolari ultrasensibili. Le proprietà elastiche di nanocantilever di varie lunghezze sono state valutate piegandoli meccanicamente con la punta di un microscopio a forza atomica (AFM) e misurando l'entità della flessione. Sono state ricavate descrizioni quantitative precise della deflessione dei nanocantilever, che è possibile utilizzate per stimare le dimensioni richieste dei cantilever al fine di ottenere le migliori prestazioni possibili per i sensori di massa.
