{"id":6050,"date":"2021-05-27T17:10:34","date_gmt":"2021-05-27T15:10:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hermes-sp.eu\/?p=6050"},"modified":"2021-05-27T17:14:06","modified_gmt":"2021-05-27T15:14:06","slug":"dove-nascono-i-microchip","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.hermes-sp.eu\/?p=6050","title":{"rendered":"Dove nascono i microchip"},"content":{"rendered":"

Nel laboratorio della fondazione Bruno Kessler chiamato “camera pulita” ogni particella di polvere \u00e8 una minaccia per il silicio.<\/h2>\n

Fonte:<\/strong> https:\/\/www.ilpost.it\/2021\/05\/27\/dove-nascono-microchip\/<\/a><\/p>\n

Davanti a un enorme macchinario color panna ci sono quattro ricercatori, coperti dalla testa ai piedi con una tuta bianca. Si intravedono solo i loro occhi e non si sentono suoni, fermati dal vetro che protegge la Clean Room, la camera pulita. I tecnici devono stare attenti quando parlano o tossiscono, ma anche quando respirano: le minuscole particelle di acqua liberate nell\u2019aria, cos\u00ec come la polvere, hanno su per gi\u00f9 le dimensioni degli oggetti prodotti in questo laboratorio che fino a qualche anno fa era un garage e oggi \u00e8 uno dei pochi luoghi al mondo dove si costruiscono sensori e microchip con componenti grandi un micron: un milionesimo di metro, un centesimo di un capello.<\/p>\n

Prima di arrivare di fronte alla spessa porta della camera pulita, camminando lungo i corridoi grigi della Fondazione Bruno Kessler, sembra di essere in una piccola succursale di un\u2019azienda della Silicon Valley. In realt\u00e0 la fondazione, che \u00e8 un ente di ricerca, si trova a Povo, una frazione di Trento a tre chilometri dal centro. \u00c8 un posto tranquillo e per le strade si vedono solo studenti e studentesse dell\u2019universit\u00e0 o ricercatori della fondazione. Non \u00e8 facile distinguerli, se non per i badge appesi al collo.<\/p>\n

Dall\u2019esterno si ha l\u2019impressione che la grande struttura dagli angoli smussati sia stata ampliata pezzo dopo pezzo, come un Lego; dall\u2019interno la sensazione viene confermata nella rete di percorsi organizzata in un numero indefinito di piani, tra passerelle sospese che collegano tre diversi edifici chiamati semplicemente Nord, Est e Ovest.<\/p>\n

\u00c8 una mattina di met\u00e0 maggio e alcuni sviluppatori lavorano in silenzio, concentrati davanti ai loro monitor, circondati dalle pareti di vetro che dividono gli uffici spaziosi. Si occupano di intelligenza artificiale, di insegnare alle macchine a svolgere compiti complessi come analizzare i dati sanitari di migliaia di persone e prevedere possibili malattie. Sulle scale dell\u2019edificio Ovest, davanti ai distributori automatici, c\u2019\u00e8 meno silenzio: nel vociare di una pausa caff\u00e8 il confronto \u00e8 stimolante, informale, e coinvolge ricercatori di dipartimenti diversi.<\/p>\n

La collaborazione tra oltre 400 ricercatrici e ricercatori consente alla fondazione Bruno Kessler di sviluppare progetti all\u2019avanguardia in molti campi, tra cui il machine learning<\/em> e il deep learning<\/em>, la sicurezza informatica, l\u2019industria digitale, la scienza dei materiali e l\u2019energia sostenibile. Non se ne parla molto sui media: nell\u2019ultimo anno si \u00e8 letto della fondazione soprattutto per le analisi dei dati epidemiologici realizzate per l\u2019Istituto superiore di sanit\u00e0. Ma questi laboratori sono unici per altri motivi: uno di questi \u00e8 proprio la Clean Room, la camera pulita.<\/p>\n

Pierluigi Bellutti ha un pass che apre tutte le porte, anche quelle con un bollo rosso e la scritta \u201cingresso riservato\u201d. Cammina veloce e ha talmente tanto da dire che \u00e8 difficile stare al suo passo. Ha il dono naturale di raccontare cose estremamente complesse con poche semplici immagini, anche se spesso deve fermarsi a riflettere qualche secondo per trovare le parole giuste.<\/p>\n

Bellutti \u00e8 il responsabile dell\u2019unit\u00e0 MNF, \u201cmicro e nano facility\u201d, del centro dispositivi e sensori. \u00c8 un chimico e da chimico conosce bene le preziose caratteristiche del silicio, con cui sono costruiti tutti i sensori prodotti all\u2019interno della camera pulita. \u00abSe il silicio scomparisse dalla tavola periodica degli elementi ci troveremmo direttamente negli anni Quaranta del Novecento\u00bb, dice. \u00abI dispositivi elettronici che utilizziamo ogni giorno hanno componenti in silicio, e al momento non sono disponibili alternative\u00bb.<\/p>\n

Bellutti mostra con orgoglio un sensore all\u2019interno di una scatola trasparente. \u00c8 uno dei rivelatori di radiazioni realizzati per HERMES, un esperimento dell\u2019Istituto Nazionale di Astrofisica, che nel 2022 prevede di mandare in orbita una costellazione di sei nano satelliti con sensori in grado di rivelare e localizzare i raggi gamma e X emessi da sorgenti note come Gamma Ray Bursts, i lampi di raggi gamma. L\u2019obiettivo \u00e8 osservare con pi\u00f9 precisione cosa succede alle sorgenti cosmiche nella periferia dell\u2019universo: \u00e8 un esperimento molto atteso.<\/p>\n

La crescita dei progetti sviluppati nella camera pulita \u00e8 stata possibile solo grazie a decisioni non scontate, come quella di evitare la competizione sul mercato aggressivo dei microprocessori e delle memorie, e rivolgersi a una nicchia promettente: la produzione di dispositivi necessari all\u2019esecuzione degli esperimenti scientifici. Negli ultimi anni sono stati realizzati sensori per grandi esperimenti internazionali come ATLAS e ALICE, al Cern di Ginevra, e per la stazione spaziale internazionale. Significa che la fondazione non \u00e8 coinvolta nella grave carenza di microprocessori<\/a>\u00a0che negli ultimi mesi ha creato molte difficolt\u00e0 alla produzione mondiale di apparecchi elettronici e al momento vuole stare piuttosto alla larga da questo problema.<\/p>\n

Se HERMES \u00e8 il presente, il passato si chiama MAIA, il Modello Avanzato di Intelligenza Artificiale realizzato<\/a> oltre trent\u2019anni fa, nel 1988.<\/p>\n

Per dimostrare di riuscire a sviluppare un sistema integrato di intelligenza artificiale, i ricercatori progettarono<\/a> un robot concierge: MAIA era in grado di capire, interagire e accompagnare una persona in tutti gli uffici grazie alla capacit\u00e0 di riconoscere l\u2019ambiente in cui si stava muovendo. Uno dei primi sensori realizzati fu una telecamera, l\u2019occhio di MAIA. Era tutt\u2019altro che un gioco: lavorando a quel robot si inizi\u00f2 a parlare dell\u2019intelligenza artificiale e della necessit\u00e0 di realizzare un laboratorio per costruire chip microelettronici.<\/p>\n

La camera pulita arriv\u00f2 qualche anno dopo. Trovare uno spazio abbastanza grande per ospitare gli ingombranti macchinari non fu semplice. Alla fine la scelta cadde sul garage, quasi a confermare uno dei noti clich\u00e9 sulle origini di molte imprese tecnologiche di successo.<\/p>\n

La camera pulita si chiama cos\u00ec perch\u00e9 \u00e8 pulita per davvero. Il soffitto, il pavimento e tutte le superfici orizzontali come i tavoli sono bucherellate: l\u2019aria scende verso il basso, viene aspirata, rimessa in circolo e continuamente filtrata per essere pulita. Questo consente di avere un flusso laminare che abbatte le particelle di sudore o saliva, ricche di sodio e potassio e dannose per il silicio. In tutta la camera pulita si trovano tra le 10 e le 100 particelle di polvere inferiori al micron di diametro ogni 0,02 metri cubi: in una strada cittadina ce ne sono solitamente 35mila e in una sala operatoria circa 10mila.<\/p>\n

Inoltre viene utilizzata acqua chiamata \u201cultrapura\u201d, priva di qualsiasi elemento estraneo, compresi i batteri eliminati da speciali filtri. Molti dei macchinari presenti nella camera pulita sono automatici, consentono di impegnare un numero contenuto di tecnici, circa venti, oltre ad altrettanti ricercatori e ricercatrici, e permettono di limitare il pi\u00f9 possibile gli errori umani.<\/p>\n

La base di tutte le lavorazioni \u00e8 sempre la stessa, il silicio, che si presenta nella forma di un disco, chiamato \u201cfetta\u201d, poco pi\u00f9 grande di un vecchio cd. Ha un diametro di quindici centimetri e uno spessore di mezzo millimetro. Nella camera pulita si vedono molte macchine: non \u00e8 facile capire a cosa servano e anche le didascalie appese per gli studenti in gita devono essere lette con attenzione. I dischi si muovono da una parte all\u2019altra della camera, spostati dai tecnici con molta cautela. Sono molto fragili, \u00e8 facile romperli e nello sviluppo di un nuovo sensore se ne possono buttare centinaia. I tecnici non sembrano avere fretta anche se negli ultimi anni la produzione \u00e8 aumentata e servirebbero nuove persone e nuovi spazi.<\/p>\n

Le prime fasi sono identiche per tutti i sensori prodotti all\u2019interno della camera pulita, poi il processo varia a seconda del risultato finale: ci sono sensori sofisticati, come quelli prodotti per il progetto HERMES, e altri pi\u00f9 semplici come i sensori di pressione o i sensori ottici. \u00abIl nostro punto di forza \u00e8 la grande qualit\u00e0 del lavoro, qualsiasi sia il prodotto che produciamo\u00bb, dice Bellutti. \u00abCi hanno definito una boutique, l\u2019alto artigianato della microelettronica\u00bb.<\/p>\n

Prima della fase di produzione, il lavoro inizia nei laboratori di ricerca dove un chip viene progettato. Una volta realizzato, all\u2019apparenza \u00e8 piatto. In realt\u00e0 \u00e8 composto di vari strati sovrapposti e collegati tra loro a formare un\u2019architettura precisa. Questa architettura viene definita da diversi passaggi nell\u2019area litografica, il cuore della camera pulita. Qui, sulle fette viene applicato<\/span> un polimero fotosensibile che ricopre in modo uniforme tutta la superficie della fetta: \u00e8 fotosensibile perch\u00e9 reagisce alla luce, appunto. Il silicio passa poi nella macchina di stampa nella quale viene illuminato con una luce ultravioletta che viene fatta passare attraverso una lastra trasparente, sulla quale c\u2019\u00e8 il disegno del progetto ottenuto con un film metallico: come in una stampa litografica, la luce passa dove non c\u2019\u00e8 il cromo e modifica la struttura del polimero fotosensibile. <\/span><\/p>\n

Il risultato finale \u00e8 una fetta di silicio in cui \u00e8 stato riprodotto fedelmente il disegno progettato dai ricercatori<\/span>. Questo processo viene ripetuto pi\u00f9 volte, strato dopo strato, a seconda delle complessit\u00e0 del dispositivo. In questo modo si compone l\u2019architettura.<\/p>\n

Una delle fasi pi\u00f9 interessanti viene chiamata doping, drogaggio, e consiste nell\u2019alterare le propriet\u00e0 conduttive del silicio con l\u2019introduzione di atomi diversi che rompono la sua simmetria, trasformandolo da isolante a conduttivo. <\/span>Per farlo, nella camera pulita della fondazione Bruno Kessler c\u2019\u00e8 un impiantatore ionico, in cui ioni di boro e fosforo vengono accelerati in un campo elettrico e finiscono per bombardare la superficie della fetta di silicio.\u00a0<\/span><\/p>\n

Questo processo rompe l\u2019ordinata simmetria del silicio che va recuperata in modo da attivare gli atomi inseriti. Si possono usare diverse macchine: ci sono forni che portano le fette fino a 1200 gradi in un processo che dura diverse ore, oppure si utilizza un macchinario chiamato Rapid Thermal Processing che raggiunge i 1200 gradi in pochi secondi e garantisce una maggior precisione del risultato finale.<\/span><\/p>\n

Le lavorazioni pi\u00f9 complesse comportano anche pi\u00f9 di 200 passaggi e oltre tre mesi di lavoro. Tra questi, sono presenti molti passaggi di controllo al microscopio, a volte anche quello elettronico, per assicurare che i particolari non visibili a occhio nudo siano stati realizzati nella forma corretta.<\/span><\/p>\n

Una delle intuizioni pi\u00f9 interessanti degli ultimi anni \u00e8 stata la collaborazione tra la fondazione e l\u2019istituto nazionale di fisica nucleare che ha molte sedi e laboratori in tutta Italia. I suoi ricercatori hanno costantemente necessit\u00e0 di nuovi sensori per gli esperimenti e fino a qualche anno fa erano costretti a rivolgersi al mercato estero, soprattutto a Svizzera, Francia, Germania e Giappone. Quando la fondazione ha intuito che sarebbe stato pi\u00f9 utile concentrare gli sforzi nello sviluppo dei sensori per la ricerca, \u00e8 nato un rapporto di sostegno reciproco.<\/p>\n

La collaborazione dura da quasi vent\u2019anni e ha permesso di studiare e progettare nuove tipologie di sensori, ha portato all\u2019acquisto di alcuni macchinari con un coinvestimento, e ha permesso di mantenere in Italia fondi per la ricerca. \u00abPrima le risorse e i ricercatori italiani erano costretti ad andare in Svizzera, Germania e in Francia\u00bb, spiega Bellutti. \u00abNoi abbiamo intercettato questa fuga di cervelli e di capitali\u00bb.<\/span><\/p>\n

Sulla parete \u00e8 appeso un cartellone con la scritta \u201cDRIE: deep reactive ion etching\u201d (incisione profonda con ioni reattivi): spiega il procedimento studiato per incidere in profondit\u00e0 le fette di silicio gi\u00e0 sottilissime. \u00c8 lo sviluppo tecnologico che ha permesso alla fondazione di vincere un bando di fornitura di sensori di ultima generazione per l\u2019esperimento ATLAS per monitorare le collisioni tra le particelle.<\/span><\/p>\n

Il cartellone \u00e8 l\u00ec per ricordare gli sforzi serviti a realizzare quel particolare sensore: i primi tentativi risalgono al 2003 e sono stati necessari dieci anni di lavoro per ottenere un risultato soddisfacente. Ma questi dieci anni di esperienza sono serviti anche per sviluppare e adattare queste tecnologie ad altri ambiti, come l\u2019industria digitale e quella automobilistica. \u00c8 questa la risposta alla domanda che molti si fanno sull\u2019opportunit\u00e0 di investire soldi per grandi progetti della fisica. \u00abSviluppando sensori per il Cern o per la stazione spaziale internazionale o per i satelliti scientifici si creano competenze molto qualificate che utilizziamo anche in altri settori\u00bb, dice Bellutti. \u00abQuesto ci permette anche di trovare le risorse necessarie per continuare a essere competitivi\u00bb.<\/p>\n

C\u2019\u00e8 un aspetto interessante che riguarda i progetti spaziali: tutto ci\u00f2 che si deve realizzare in questo campo deve avere una affidabilit\u00e0 elevatissima, considerata l\u2019impossibilit\u00e0 odierna di poter riparare o sostituire parti di satelliti. <\/span><\/p>\n

Questo porta ad una immediata disponibilit\u00e0 d\u2019uso sul mercato \u201cterrestre\u201d di soluzioni basate su questi sviluppi. <\/span>\u00c8 il caso di nuovi sensori e chip per le telecomunicazioni satellitari, microsensori per la guida assistita delle macchine e per il controllo dei sistemi frenanti. Ma \u00e8 anche il caso del settore bio-medicale per il quale col silicio si sviluppano sistemi miniaturizzati di monitoraggio di parametri fisiologici attraverso sensori \u201cwearable\u201d, di microsistemi per effettuare analisi cliniche e anche per utilizzi nell\u2019importante settore dell\u2019agroalimentare con la possibilit\u00e0 di fare analisi di qualit\u00e0 degli alimenti.<\/span><\/p>\n

Per chi produce microprocessori, la sfida \u00e8 ridurre sempre di pi\u00f9 le dimensioni del prodotto. Passare dal micro al nano. Per i ricercatori della fondazione invece non \u00e8 la priorit\u00e0, ma l\u2019inizio di una nuova sperimentazione e i primi tentativi sono gi\u00e0 in corso. In una parte nuova della camera pulita c\u2019\u00e8 un\u2019altra grande stanza dove un nuovo macchinario \u00e8 al lavoro. Riesce a produrre chip piuttosto semplici nella composizione dei materiali, ma dalle dimensioni inferiori ai 50 nanometri. Come gi\u00e0 detto, un micron \u00e8 un milionesimo di metro, mentre un nanometro equivale a un miliardesimo di metro. \u00c8 un primo lavoro nel campo della <\/span>\u201cquantum technology\u201d, la tecnologia quantistica.<\/span><\/p>\n

Il limite \u00e8 stato toccato dall\u2019azienda IBM, che a inizio maggio ha annunciato<\/a> la produzione di un chip da due nanometri, pi\u00f9 avanzato rispetto al \u201cvecchio\u201d chip da sette nanometri e con una riduzione significativa del consumo energetico. In Europa non esistono aziende che si possono permettere lo sviluppo di chip cos\u00ec piccoli perch\u00e9 servono risorse notevoli, anche per coprire i costi di gestione, e una capacit\u00e0 tecnologica molto avanzata. Gli investimenti sono inversamente proporzionali alle dimensioni: pi\u00f9 piccoli sono i chip, pi\u00f9 soldi servono per progettarli e produrli. <\/span><\/p>\n

In Europa qualcosa comunque ha iniziato a muoversi: con il finanziamento dei progetti chiamati IPCEI, Important Projects of Common European Interest,<\/em> si cercher\u00e0 di sostenere e trattenere nel continente lo sviluppo della micro e nano elettronica.<\/p>\n

Isaia Invernizzi – Valentina Lovato<\/em><\/p>\n

Fonte:<\/strong> https:\/\/www.ilpost.it\/2021\/05\/27\/dove-nascono-microchip\/<\/a><\/p>\n