PROCESS DEVELOPMENT OPTIMIZATION FOR THE FABRICATION OF NOVEL NANOMEMBRANES

Le microvalvole sono dispositivi miniaturizzati che controllano il flusso di fluidi su scala micrometrica e sono ampiamente utilizzate in applicazioni biomediche, celle a combustibile ed elettronica. L'ingombro di una microvalvola è influenzato dalle nanomembrane utilizzate al suo interno come elemento di tenuta, che spesso presentano dimensioni laterali piuttosto ampie. Il diametro di una nanomembrana è tipicamente paragonabile alla dimensione laterale della microvalvola. Ridurre il diametro della nanomembrana mantenendone inalterate le prestazioni richiede strategie per migliorarne le prestazioni. La tesi ruota attorno allo sviluppo e all'ottimizzazione di tecniche di microfabbricazione, in particolare microlavorazioni in massa, per facilitare la fabbricazione di nanomembrane metalliche con una maggiore deflessione e una robustezza meccanica preservata, pur mantenendo le dimensioni laterali. Le nanomembrane metalliche sono particolarmente interessanti per la loro resistenza meccanica, durevolezza, stabilità termica e chimica e biocompatibilità. Esistono alcuni metodi per aumentare la deflessione in queste nanomembrane, che includono la riduzione dello spessore e l'introduzione di porosità, ma questi approcci compromettono la resistenza meccanica. In questo progetto, le nanomembrane non vengono fabbricate; Piuttosto, viene fornito un framework di fabbricazione e il derisking viene eseguito in dettaglio. Viene proposto un nuovo approccio, che prevede l'introduzione di corrugazione o curvatura verso il basso al centro della nanomembrana, per migliorare la deflessione preservando al contempo l'integrità strutturale e le dimensioni laterali. In questa tesi, sono state ottimizzate le tecniche di microfabbricazione e sono state sviluppate strategie per mitigare le concentrazioni di stress lungo i bordi delle cavità e le pareti laterali ripide, consentendo deposizioni metalliche conformi e meccanicamente resistenti per la fabbricazione di nanomembrane. Utilizzando idrossido di potassio (KOH) insieme a idrossido di tetrametilammonio (TMAH) nella microlavorazione in massa, gli angoli delle pareti laterali delle cavità progettate, che avrebbero agito come stampo per future deposizioni metalliche, sono stati ridotti a un intervallo compreso tra 19° e 24°, rispetto ai valori iniziali di 49° e 55°. Per le cavità, i valori di rugosità media aritmetica (Ra) erano di circa 1 nm, mentre i valori di rugosità quadratica media erano inferiori a 2 nm, il che è molto promettente. Per ogni fase della microfabbricazione, i risultati vengono presentati e analizzati. Questa ricerca faciliterebbe la fabbricazione di nanomembrane con maggiore sensibilità meccanica e buona resistenza meccanica a parità di ingombro ridotto. Queste membrane consentirebbero di realizzare microvalvole efficienti con un ingombro ridotto, il che potrebbe avere un impatto significativo sulle loro applicazioni in dispositivi biomedici, sistemi energetici ed elettronica.