Microfabbricazione e microlavorazione sono termini che descrivono le tecnologie e i processi utilizzati nella realizzazione di strutture o dispositivi microscopici. Queste strutture possono variare in dimensioni dalla larghezza di un capello umano fino a dimensioni inferiori a una singola cellula umana. La capacità di costruire dispositivi così piccoli ha stimolato i progressi tecnologici nei computer, nell’elettronica di consumo, nella tecnologia dell’energia verde e in molti altri campi. Le tecniche di microfabbricazione variano ampiamente a seconda del dispositivo in costruzione.
Nel campo della microfabbricazione, le dimensioni sono misurate in micrometri. Un micrometro, spesso noto come micron, è un millesimo di millimetro. Ci sono 25,400 micron in un pollice. La nanotecnologia è un campo simile, ma si occupa di componenti ancora più piccoli.
L’uso di parti microfabbricate è stato introdotto dall’industria dei semiconduttori. Le invenzioni del transistor e del circuito integrato negli anni ‘1940 e ‘1950 diedero origine a una tendenza alla miniaturizzazione dell’elettronica. Con il miglioramento delle tecniche di microfabbricazione, sono stati costruiti circuiti integrati più piccoli e più complessi, consentendo la costruzione di potenti microchip.
Un numero crescente di industrie si affida alla microfabbricazione. Piccole macchine note come sistemi microelettromeccanici possono essere trovate in molti dispositivi, inclusi smartphone e sensori di airbag per auto. Anche le celle a combustibile e i pannelli solari utilizzano parti microfabbricate. Le tecniche e le tecnologie di microfabbricazione sono state utilizzate nelle applicazioni di ricerca in campi dalla microbiologia alla fisica delle particelle.
Le tecniche utilizzate in un processo di microfabbricazione dipendono dal settore e dal risultato desiderato. La maggior parte delle tecniche sono approcci dall’alto verso il basso, il che significa che iniziano con un componente più grande, come un wafer di silicio, e si allontanano da esso fino alla creazione della struttura finale. Esempi di tecniche top-down utilizzate a livello microscopico includono il taglio, la lucidatura e l’incisione.
La produzione dal basso verso l’alto in questo campo è un campo in gran parte sperimentale. Nell’approccio dal basso verso l’alto, gli elementi più piccoli come atomi o molecole vengono utilizzati per creare un sistema o un dispositivo più grande. Le tecniche bottom-up sono utilizzate in applicazioni volte a imitare strutture o funzioni biologiche.
Molte delle tecniche utilizzate nella microfabbricazione sono mutuate da altre discipline. I campi della fotografia, dell’ottica e della fisica hanno contribuito alla microtecnologia. Alcune tecniche di produzione tradizionali, come lo stampaggio a iniezione, sono state miniaturizzate e utilizzate nella microfabbricazione.
Indipendentemente dalla tecnica utilizzata, la fabbricazione a livello microscopico presenta sfide uniche. Le dimensioni ridotte significano che un singolo pezzo di polvere può rendere inutile un dispositivo. I laboratori di microfabbricazione sono stanze progettate per controllare le particelle sospese nell’aria come polvere e microbi. I lavoratori devono indossare indumenti protettivi all’interno di queste stanze al fine di prevenire la contaminazione delle parti microscopiche che si creano.