Esplorare le proprietà dei materiali

chipNumerosi materiali impiegati nella costruzione dei dispositivi elettronici mostrano cambiamenti in alcune proprietà fisiche quando vengono usati in piccole quantità. La comprensione di queste variazioni potrebbe essere il fattore chiave per realizzare nuovi e più performanti microdispositivi.

Negli anni ’90 le industrie di semiconduttori iniziarono a incorporare una grande varietà di materiali nella costruzione dei chips per i computers. La selezione di questi materiali avveniva in base alle migliori performance elettriche, ma non necessariamente per la resistenza e la durata rispetto ai processi di fabbricazione e per l’uso continuativo.

Joost Vlassak, professore di ingegneria alla Harvard University, sta conducendo una ricerca volta a capire come i materiali impiegati in componenti fondamentali per i computers e altri strumenti elettronici possano resistere a una varietà di condizioni e sollecitazioni.
Le conoscenze nate da questa ricerca serviranno per creare nuove componenti e dispositivi utili sia per ampliare le conoscenze nel mondo accademico sia per aumentare la qualità dei prodotti industriali.

Numerosi aspetti di questa ricerca puntano a valutare la performance dei materiali quando vengono usati in piccole quantità, per esempio nei microchips.

E’ stato visto che in quantità così piccole, alcune proprietà fisiche dei materiali cambiano.
Il rame, ad esempio, risulta più forte in piccole quantità e questa caratteristica è un fattore molto importante quando il metallo viene impiegato per la costruzione dei chips dei computers.

La comprensione delle proprietà di frattura dei films sottili – strati sottili di una sostanza depositata sopra un’altra – è un altro fattore chiave del lavoro del professor Vlassak.
Alcuni films, che funzionano bene nel vuoto, si rompono quando vengono esposti all’aria perchè si verifica l’interazione tra il materiale e il vapore acqueo presente nell’atmosfera.
E’ molto importante considerare questo tipo di caratteristiche quando si effettua la selezione dei materiali per la costruzione di un dispositivo al fine di ottenere sia un buon funzionamento sia una buona durata.

“Le industrie produttrici si preoccupano essenzialmente del corretto funzionamento delle componenti elettriche, dimenticando spesso la parte meccanica. E’ in questo modo che le proprietà meccaniche di alcuni dei materiali impiegati per la costruzione di numerosi dispositivi si rivelano pessime” afferma Vlassak.

Questo lavoro sui films sottili si estende verso la progettazione di componenti elettroniche flessibili, come gli schermi avvolgibili.
L’elettronica è fatta spruzzando i materiali o depositandoli mediante altre tecniche su un substrato flessibile. A questo punto si procede alla valutazione di cosa succede ai materiali quando il substrato viene piegato e arrotolato e soprattutto a quale punto la deformazione del materiale causa la rottura del dispositivo.

“Abbiamo visto che l’adesione tra il film e il substrato è molto importante. In presenza di una buona adesione, il substrato elimina il guasto” afferma Vlassak.

Una parte della ricerca è dedicata ai materiali attivi.
Il lavoro sulle “leghe a memoria di forma” potrebbe condurre allo sviluppo di nuove microcomponenti.
Queste leghe hanno la proprietà di cambiare forma quando vengono sottoposte ad una serie di condizioni ambientali come l’aumento della temperatura o campi magnetici.
Potrebbero essere impiegate in componenti come microinterruttori.

Esaminando le proprietà dei materiali usati nei microinterruttori, Vlassak ha notato che alcuni di essi sono estremamente sensibili alla composizione della lega.
“Una minima variazione nella composizione può a volte rivelarsi fondamentale per ottenere un’ampia modifica nella prestazione” afferma Vlassak.

Lo studio delle proprietà dei materiali porterà nel prossimo futuro allo sviluppo di microdispositivi innovativi che permetteranno di avere sia migliori prestazioni sia una maggiore durata.