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ATTREZZATURE

Il laboratorio MIST E-R si avvale sia di strumentazione propria sia di grandi attrezzature che i soci, in particolare il CNR, mettono a disposizione, con varie modalità, per le attività del Tecnopolo AMBIMAT e della Rete Alta Tecnologia.

AMBIMAT è dotato di una vasta gamma di facilities con la capacità di porsi nel panorama nazionale come strutture allo stato dell’arte, capaci di coniugare ricerca ed innovazione con lo sviluppo di prodotti pronti per il trasferimento tecnologico verso le imprese.

Le attrezzature supportano le fasi di progettazione e simulazione (Software CAD e macchine di calcolo), di fabbricazione (due clean room con tutta la filiera per la produzione di micro e nano dispositivi) e di caratterizzazione (laboratori di misure elettroniche, ottiche e MEMS).

MIST E-R ha accesso alla Clean Room per Sensori e Microsistemi dell’IMM di Bologna.
L’Istituto IMM di Bologna ha la più grande facility pubblica in Italia per la micro e nano fabbricazione di dispositivi in silicio e altri materiali; essa consiste in 500 m2 di Clean roon di cui 250 m2 di classe 100 e 250 m2 di classe 1000 e 100000.
Nella camera Bianca sono disponibili tutte le principali tecnologie necessarie per la fabbricazione di MEMS (Micro-Electro- Mechanical-System), NEMS (Nano-Electro-Mechanical-System) e MOEMS (Micro-Optical- Electro-Mechanical-System).
La clean room dispone di:

  • Attrezzature per il coating di substrati fino a 4″ con fotoresist ed altri prodotti depositabili per spinning.
  • Sistemi di nano litografia FIB/EBL Zeiss/Raith modello CROSSBEAM 340
  • Plasma in ossigeno a microonde per la pulizia di campioni da residui organici quali fotoresist.
  • Sistemi litografici a contatto per il trasferimento di pattern micrometrici su substrati da 4″
  • Sistemi di attacco RIE C-MOS compatibile per dielettrici e silicio, RIE compatibile con metalli e silicio e D-RIE per Silicio e Ossido di silicio
  • Microscopio ottico Nikon e relativo software per la cattura e manipolazione delle immagini.
  • Sistema di Wafer Bonding
  • Sistemi di sputtering ad alto vuoto per la deposizione di film sottili metallici e non
  • Evaporatore a fascio elettronico che permette la deposizione di film sottili anche su più substrati contemporaneamente grazie alla presenza di un sistema di clamping a planetario.
  • Forni per il trattamento ad alta temperatura
  • Sistemi di deposizione LPCVD di silicio policristallino, Si3N4, LTO e TEOS

MIST E-R ha accesso alla clean room dell’ISMN di Bologna dedicata allo sviluppo di elettronica organica ibrida e flessibile su larga area. La camera bianca si estende per una superficie di 80 m2 ed è divisa in due zone. La zona ISO6 è provvista di tutto l’occorrente per le procedure di pulizia e patterning dei substrati utilizzati nella fabbricazione di dispositivi optoelettronici. In particolare:

  • Spin-coater
  • Doctor-blade
  • Slot-die coating
  • Mask-aligner per effettuare processi litografici.

Nella zona ISO7 i dispositivi organici ed ibridi vengono fabbricati e caratterizzati. È presente una glove-box lunga 10 metri con atmosfera controllata, divisa in due moduli:

  1. Uno dedicato alla fabbricazione di celle fotovoltaiche con uno spin-coater ed un evaporatore direttamente connessi alla glove box. Inoltre è presente un simulatore solare per la caratterizzazione di dispositivi fotoattivi.
  2. Il secondo è dedicato alla fabbricazione di dispositivi optoelettronici come OLED e OLET. È connesso al sistema di deposizione di film sottili, al sistema EFD, UVA Press e ad una probe-station per la caratterizzazione dei dispositivi. Inoltre, si possono effettuare misure di invecchiamento accelerato utilizzando una camera umidostatica.

Questa struttura è predisposta per condurre esperimenti in un ambiente controllato dove il contenuto di micro particelle di polvere in sospensione  è  minore di 10.000 per m.

Il laboratorio è utilizzato per la fabbricazione di dispositivi optoelettronici a film sottile organico quali OLED e OPV di piccole (< 1 cm2) e medie  (<10 cm2) dimensioni.

La camera bianca contiene 3 evaporatori Edwards Auto 306 E-beam Evaporator tra cui uno con un DC Magnetron Suttering. Sono inoltre presenti uno spin-coater, una cappa a flusso laminare e un UVO-Cleaner per il trattamento dei substrati.

Lo spettrometro di risonanza magnetica nucleare Agilent DD2 NMR System 500 MHz  è uno strumento che consente di eseguire studi sia conformazionali sia configurazionali di molecole di interesse. Gli studi NMR possono essere effettuati a diverse temperature, nel range da -80° a 130°C. Attraverso la tecnica dell’NMR è possibile studiare: interazioni fra molecole nello spazio, interazioni ligando – recettore, misure di parametri rilassometrici e di coefficienti di diffusione.
Inoltre è possibile quantificare gli analiti presenti in matrici anche molto complesse. Tali studi possono essere effettuati su campioni in soluzione, solidi e semisolidi di piccole molecole organiche, su tessuti e campioni biologici, su emulsioni, alimenti, sementi, materiali organici ed inorganici (nanostrutturati e non), polimeri, matrici complesse.

Il sistema permette l’analisi composizionale quantitativa e non distruttiva di campioni industriali quali coating e film sottili tramite spettroscopia elettronicha di fotoemissione di raggi X (XPS).

In particolare è stato messo a punto il mapping superficiale con risoluzione di 100 μm per il controllo di campioni con dimensioni sino a 10 cm2.

È inoltre possibile controllare lo stato di pulizia e di ordine della superficie mediante misure di diffrazione di elettroni (LEED).

La strumentazione comprende anche un microscopio STM.

MIST E-R dispone di un laboratorio per lo sviluppo di prototipi dotato di piattaforma CAD Solidworks, piccola officina meccanica e stampante 3D Ultimaker 3 extended.

Tali attrezzature permettono la progettazione e realizzazione di interi prototipi meccanici.

MIST E-R dispone di un laboratorio di ottica dotato di banco ottico polivalente per la caratterizzazione dei dispositivi ottici con misura delle perdite e Near Field.

Il sistema Near-Field per la caratterizzazione modale di guide d’onda integrate è attualmente limitato nella banda 400 nm-1100 nm dal sensore CCD utilizzato. Le ottiche permettono comunque di operare anche nel NIR-MIR, qualora si acquisisca una telecamera opportuna.

È inoltre possibile, mediante il sistema di manipolatori nanometrici Elliot Scientific e visione tramite microscopio stereo, il pigtailing dei dispositivi ovvero l’allineamento fibra/chip.

Disponiamo di molteplici sorgenti laser per permettere l’allineamento in diverse regioni dello spettro e un “high precision fiber cleaner” per la preparazione delle superfici delle fibre.

Infine tramite vari spettrometri è possibile caratterizzare diverse sostanze liquide e a film sottile nelle regioni spettrali che vanno dall’UV al MIR

Il laboratorio è principalmente usato per la fabbricazione di dispositivi microfluidici in polimero trasparente (PDMS) e la loro prototipazione rapida.
In esso sono disponibili:

  • Cappa chimica per utilizzi generici
  • Spin coater posizionato all’interno della suddetta cappa chimica
  • Muffola: funziona sia da forno (fino a 200°C) sia da camera da vuoto (basso vuoto), utile per la cottura e l’essiccazione.
  • Plasma cleaner per l’attivazione superficiale (polimeri e vetri principalmente)
  • Stereomicroscopio

MIST E-R ha accesso al laboratorio di spettroscopia Laser Ultraveloce dotato di strumentazione laser al femtosecondo SOLSTICE-F-1K-230V completo di Amplificatore Ottico Parametrico TOPAS Prime Newport Spectra Physics e streak camera Hamamastsu Synchroscan per misure di luminescenza risolta nel tempo.

Il laser al femtosecondo viene utilizzato come sorgente di eccitazione per l’identificazione e la caratterizzazione di specie transienti con tempi di vita nel range fs – ns. Il sistema streak permette la misura della luminescenza di materiali in soluzione o allo stato solido con risoluzione temporale ultracorta (< 1 ps).

MIST E-R ha accesso al Laboratorio di Chimica Organica presso ISOF. Tale laboratorio è attrezzato per effettuare procedure di sintesi organica di sistemi molecolari, macromolecolari e ibridi a base organica. Il laboratorio è equipaggiato con strumentazione adatta alla sintesi organica sia convenzionale (atmosfera ambiente, atmosfera controllata e in vuoto) sia non convenzionale (sintesi assistita da microonde).
Il laboratorio dispone inoltre di un sintetizzatore a microonde in grado di effettuare reazioni chimiche in condizioni di irraggiamento da microonde in atmosfera ambiente e controllata, con la capacità di operare ad una temperatura massima di 300°C, ed equipaggiato anche con un agitatore magnetico interno.

MIST E-R ha accesso ai laboratori di ricerca BIOMED chesono situati presso l’ISMN e l’ISOF di Bologna.
Le attività di ricerca riguardano lo sviluppo di materiali funzionali e biomimetici e la realizzazione di dispositivi biodiagnostici. l laboratori sono dotati di strumenti per la valutazione di aspetti molecolari e funzionali sia high througput sia su singola cellula in vitro.
Le competenze che negli anni il laboratorio ha sviluppato permettono di: manipolare preparazioni cellulari primarie e linee cellulari secondarie, effettuare test di vitalità e biocompatibilità cellulare, eseguire studi molecolari e di espressione genica (PT, PCR, Elisa, WB), effettuare studi funzionali delle proteine di membrana (Calcium Imaging, Patch Clamp e registrazione extracellulare attraverso MEA).
In quest’ottica il laboratorio BIOMED comprende facilities di colture cellulari, fisiologia cellulare e biologia molecolare combinate a facilities di caratterizzazione di biomateriali e dispositivi biodiagnostici.

MIST E-R ha accesso ai Laboratori di caratterizzazione Strutturale dell’IMM di Bologna. I laboratori sono dotati di:

  1. Diffrattometro SmartLab Rigaku ad anodo rotante (9KW) multifunzionale dedicato alla caratterizzazione strutturale di film sottili, materiali massivi, polveri e materiali nano-strutturati. Può effettuare misure di scattering di raggi X in un ampio range angolare (WAXS e SAXS), con diversi piani di diffrazione (In Plane, IP; Out of plane, OP) del campione. Gli elementi ottici a disposizione consentono inoltre misure ad alta risoluzione angolare, necessarie per la caratterizzazione di materiali di elevata cristallinità.
  2. Microscopio Elettronico a Scansione (SEM) Zeiss LEO 1530 dotato di colonna elettronica GEMINI IR che garantisce una ottima brillanza ed una elevate corrente del fascio elettronico.  Il microscopio e utilizzato nella caratterizzazione morfologica e analitica di materiali e in misure elettriche su dispositivi elettronici di dimensioni sub-micrometriche. Lo strumento e inoltre dotato di spettrometro EDS che consente analisi composizionali su scala sub-micrometrica.
  3. Microscopio Elettronico a Trasmissione (TEM) FEI TECNAI F20 utilizzato per caratterizzare la microstruttura dei materiali ad altissima risoluzione spaziale. Combinando tecniche d’immagine ad alta risoluzione con la diffrazione elettronica è possibile ricavare informazioni sulla struttura cristallina ed analizzarne i difetti presenti con risoluzione spaziale a livello nanometrico.

MIST E-R ha accesso al laboratorio localizzato presso ISOF e utilizzato per la sintesi, la funzionalizzazione e il processing di nuovi materiali bidimensionali come grafene e nitruro di boro. Le tecniche di sintesi impiegate (sonicazione – macinazione – omogeneizzazione) sono facilmente scalabili dal punto di vista industriale. Oltre alla sintesi, il laboratorio è dotato anche di attrezzature specifiche per la caratterizzazione dei materiali realizzati. Le tecniche analitiche impiegate sono: microscopia a sonda, granulometria laser, area superficiale e misurazione elettrica. Inoltre nel laboratorio è possibile realizzare compositi polimerici con grafene e altri materiali 2D sia come film sottili sia in bulk.

Nello specifico la strumentazione comprende:

  1. Mulino Retsch PM100,
  2. Granulometro laser Saturn DigiSizer II 5205,
  3. ASAP 2020N analizzatore automatico di fisisorbimento,
  4. AFM NTEGRA Aura,
  5. Coatmaster Erichsen 510,
  6. Cappa chimica,
  7. Glove box,

MIST E-R gestisce il laboratorio di Impiantazione Ionica dell’IMM. Il laboratorio è dotato di un Acceleratore ionico HV Tandetron 4117HC della High Voltage Engineering Europa B. V. installato nel 1993.
La macchina, tramite una sorgente Sputter 860, può produrre fasci ionici da materiali in fase solida (i principali ioni prodotti sono: H, B, C, N, O, F, Al, Si, P, Cl, Ti, Cu, As e Au) accelerati mediante un terminale centrale che può generare una tensione massima di 1.7 MV. I fasci ionici possono essere indirizzati in tre diversi canali:

  1. Canale per impiantazione ionica (utile per il drogaggio di semiconduttori o per l’alterazione dell’ordine reticolare di cristalli) terminante in una camera portacampioni per wafer fino a 4” di diametro, che può essere riscaldato  (Tmax= 600°C su 4” e Tmax= 900°C su 1”)  o raffreddato grazie ad un dewar con acqua e ghiaccio o azoto liquido.
  2. Canale per l’analisi Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), anche in condizione di channeling (utile per lo studio della composizione di film sottili e dei difetti reticolari nei cristalli).
  3. Canale per test vari.

MIST E-R ha accesso al Laboratorio di caratterizzazione elettrica e funzionale dell’IMM di Bologna.

Il laboratorio è dotato di probe-station della Micromanipulator per la caratterizzazione parametrica di dispositivi elettronici, elettromeccanici e/o semiconduttori (I-V, C-V, profili di drogaggio, etc).

La probe station dispone di termo-chuck da 4” regolabile in temperatura nel range da temperatura ambiente fino a 300°C.