Sensori con sensibilità di rilevamento della massa nell'ordine dell'attogrammo
Le funzionalità avanzate dei sistemi nanoelettromeccanici (NEMS) derivano dai vantaggi della miniaturizzazione delle strutture meccaniche, ad esempio la risonanza di cantilever fino a dimensioni submicroniche. Grazie alla riduzione delle dimensioni dei trasduttori meccanici, sono stati ottenuti progressi senza precedenti della sensibilità dei sistemi di sensori, della risoluzione spaziale e dei tempi di risposta. La risonanza di nanocantilever eccitato da un elettrodo parallelo è stata utilizzata nel progetto NANOMASS-II come elemento di trasduzione di un sensore sviluppato per il rilevamento della massa con risoluzione nell'ordine dell'attogrammo. Inoltre, una circuiteria CMOS complementare è stata integrata monoliticamente con il trasduttore basato su cantilever per amplificare la corrente capacitiva utilizzata come segnale di lettura. Il rilevamento della massa è basato sul monitoraggio della variazione della frequenza di risonanza quando particelle di dimensioni nanometriche si depositano sul cantilever. Dal momento che le modifiche nella frequenza di risonanza del cantilever vengono rilevate come modifica capacitiva, la circuiteria di lettura integrata nel chip garantisce una capacitanza parassitica minima grazie ai conduttori e alle aree di saldatura esterne. Durante lo sviluppo del progetto NANOMASS-II, sono stati confrontati diversi processi di nanolitografia per valutarne i vantaggi in termini di riduzione delle dimensioni, produttività e soprattutto compatibilità con la tecnologia CMOS standard. Diversi materiali di prova sono stati fabbricati da cantilever con polisilicone come strato strutturale e integrati con il circuito di lettura CMOS per mezzo di un fascio di elettroni o della litografia laser. Da misurazioni sperimentali della massa eseguite con tali sensori NEMS integrati presso l'Universitat Autònoma di Barcellona, è stata rilevata una sensibilità alla massa nell'ordine di pochi attogrammi. L'obiettivo finale dei partner del progetto NANOMASS-II è lo sviluppo di dispositivi a nanorisonanza come parti integranti di un sistema portatile per applicazioni di rilevazione in campo biologico, fisico e chimico.
