Realizzazione di eterostrutture epitassiali tramite fotodeposizione laser di ossidi superconduttori per applicazioni alla microelettronica

La tesi è strutturata come segue. Nel primo capitolo – parte I – verranno 
brevemente illustrate le problematiche generali riguardanti la Microsystem 
Technology e le aree di applicazione dei microsistemi allo stato dell’arte. Saranno 
quindi descritte alcune tra le più importanti tecnologie di fabbricazione dei 
microsistemi, comprese le ”tecniche non tradizionali” che accoppiano le 
metodologie ereditate dalla microelettronica alla tecnologia del laser. Il primo 
capitolo – parte II – costituisce una breve rassegna sullo stato dell’arte per ciò 
che concerne la deposizione di film sottili di ossidi funzionali e le loro 
numerose applicazioni. 
Nel secondo capitolo verranno descritti gli apparati sperimentali per la 
deposizione e la caratterizzazione dei film, il diffrattometro di Bragg-Brentano a 
raggi X, la tecnica di crescita PLD “convenzionale”, e brevemente la camera di 
crescita Laser-MBE (acronimo di Laser-Molecular Beam Epitaxy), 
fotodeposizione laser in condizioni UHV dotata del sistema diagnostica in-situ 
della crescita Reflection High-Energy Electrons Diffraction (RHEED). 
Nel terzo capitolo verranno illustrate le proprietà strutturali dei superreticoli 
(BaCuO2)m/(CaCuO2)n, eterostrutture realizzate depositando l’uno sull’altro 
strati epitassiali, a partire da un opportuno substrato cristallino di SrTiO3 
(001), costituiti da m celle unitarie di BaCuO2 e da n celle di CaCuO2. 
Nel quarto ed ultimo capitolo saranno discussi i risultati sperimentali 
riguardanti due tipologie di cuprati studiati nel corso del lavoro di tesi: i 
superreticoli (BaCuO2)m/(CaCuO2)n ed i film ultrasottili, fino a poche decine 
di Å, costituiti da una sola ripetizione della struttura 
(BaCuO2)m/(CaCuO2)n/(BaCuO2)m, entrambi superconduttori ad alta 
temperatura critica. Tali film sono stati depositati utilizzando la tecnica di 
crescita Pulsed Laser Deposition in alta pressione di ossigeno, e caratterizzati 
mediante diffrazione a raggi X (per quanto concerne le proprietà 
cristallografiche) e mediante misure di trasporto elettriche e magnetiche (per 
quanto concerne le proprietà di trasporto). 
Nelle conclusioni, infine, verranno, brevemente, passati in rassegna i risultati 
sperimentali ottenuti sui superreticoli (BaCuO2)m/(CaCuO2)n e sulle 
eterostrutture ultrasottili (BaCuO2)m/(CaCuO2)n/(BaCuO2)m e le loro 
implicazioni sulle problematiche connesse con i più noti composti ceramici 
superconduttori. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 1
 
CAPITOLO 1 
 
 
1.1 I MICROSISTEMI  
 
 
1.1.1  I microsistemi e la Microsystem Technology (MST) 
 
 
Il termine microsistema o MEMS (Micro Electro Mechanical System) indica un 
sistema miniaturizzato costituito da sensori che misurano grandezze chimiche e fisiche, 
da un circuito integrato per l’analisi dei segnali di controllo, e da uno o più attuatori che 
hanno lo scopo di agire sull’ambiente circostante [1,2]. Un distinzione va fata sull  
dimensioni: un microsistema o una micromacchina in senso stretto è un dispositivo di 
dimensioni comprese tra uno e dieci micrometri, mentre una macchina in miniatura ha 
dimensioni che vanno da cento micrometri a qualche millimetro. La Microsystem 
Technology può essere pensata come figlia di una integrazione armonica tra le 
metodologie e tecnologie proprie della microelettronica, dell’ingegneria meccanica e 
dell’informatica, sia in fase di progettazione che in fase di realizzazione del dispositivo. 
Ciò permette di ottenere dispositivi più semplici, più affidabili e più flessibili.  
In un microsistema una serie di microsensori (disposti sia all’interno del 
dispositivo che in contatto con l’ambiente esterno) convertono una grandezza chimica o 
fisica, generalmente di natura non elettrica, in un segnale elettrico, che viene inviato a 
delle unità di controllo.    L’unità  elettronica  di  processo  dei  segnali  - otata di un 
software “embedded”, cioè incorporato nel sistema stesso- invia il segnale processato ad 
uno o più attuatori. Tali micromeccanismi (tra i più importanti: micromotori elettrici, 
microvalvole, micropompe, micromanipolatori, microinterruttori) producono delle 
azioni sull’ambiente esterno, ovvero sono in grado di esercitare delle forze o 
determinare dei movimenti. La buona progettazione di un microsistema deve soddisfare 
le esigenze di rendere automatiche alcune funzioni del dispositivo, e di semplificarne la 
sequenza di funzionamento. Per possedere una sua parziale “autonomia” un 
microsistema, quasi come un organismo biologico, deve possedere una certa capacità di 
 2
adattarsi automaticamente ai cambiamenti delle condizioni di lavoro. Per tale motivo 
alcuni microsistemi vengono definiti “intelligenti”, benché la loro capacità di reazione a 
stimoli esterni imprevisti e di adattamento ai cambiamenti debba essere giudicata 
rudimentale al confronto con il più semplice degli organismi biologici. Il grado di 
“intelligenza” del microsistema è tanto maggiore quanto migliore risulta la sua capacità 
di interagire con l’ambiente circostante, nel modo più rapido ed efficace possibile, 
grazie all’integrazione di un numero sempre maggiore di sensori, attuatori e processori 
di prestazioni. Questo spiega la tendenza sempre più spinta dei microsistemi verso la 
miniaturizzazione, analogamente  a quanto già verificatosi  per  la microelettronica. I 
microsistemi pertanto costituiranno il passo successivo dell’integrazione dopo i circuiti 
integrati (ICs, Integrated Circuits). In analogia all’integrazione avvenuta in p ssato di
molti transistori su un unico chip, che ha portato ad una funzionalità maggiore di quella 
di un singolo transistor, in un microsistema le funzioni elettriche saranno integrate con 
funzioni ottiche, meccaniche, chimiche, ed altre ancora.. Verrà accentuata la tendenza 
alla miniaturizzazione per raggiungere maggiore complessità in un piccolo spazio. Il 
classico concetto di ASIC (Application Specific Integrated Circuit) sarà aggiornato in 
ASIM (Application Specific Integrated Microsystem). L’ASIM avrà “occhi, orecchie, 
naso, dita, nervi”, e le funzioni di processamento delle informazioni tutto su un unico 
substrato. Per la prima volta, il classico concetto di sistema verrà realizzato in 
microstrutture, ed ottimizzato in modo da includere anche aspettidi “intelligenza”. 
 
 
I vantaggi della Microsystem Technology 
 
La tecnologia dei microsistemi è stata concepita allo scopo di progettare e realizzare 
complessi sistemi “intelligenti” miniaturizzati. I benefici offerti dalla MST possono 
essere raggruppati nel modo seguente: 
 
1) Nuove funzioni. 
L’integrazione di funzioni elettriche con altre non-el ttriche, l’accostamento e la 
compatibilità in dispositivi eterogenei di materiali diversi (come Si e GaAs, o altri 
numerosi materiali “polifunzionali”, principalmente ossidi), in piccolissimi spazi, 
produrrà nuove funzionalità. Ciò permetterà di creare nuovi tipi di prodotti, mentre 
 3
quelli già esistenti saranno resi più competitivi. Un esempio di prodotto completamente 
nuovo potrebbe essere un endoscopio intelligente, usato per microchirurgia poco 
invasiva. Tale endoscopio sarà un sistema intelligente multi-s sore e multi-a tuatore 
comprendente sensori miniaturizzati (per esempio tattili o anche chimici), attuatori 
(come mini-pinze o minibisturi), ed un sistema di controllo. Un tale tipo di prodotto è 
possibile solo grazie alla MST. Un altro esempio potrebbe essere costituito da un 
sistema intelligente per il dosaggio di sostanze chimiche, impiantabile in un corpo 
umano (si pensi ad esempio ad un microsistema capace di monitorare e dosare 
automaticamente la quantità di insulina presente nel sangue di un paziente diabetico). 
Tale microsistema dovrebbe comprendere in poco spazio diversi sensori, attuatori come 
micro-pompe e microvalvole, un sistema integrato di controllo ed un sistema di 
rifornimento di energia.  
 
2) Affidabilità 
L’integrazione di sensori, attuatori e unità di processing in oggetti di ridottissime 
dimensioni permette la riduzione del numero di connessioni con l’esterno, e la quantità 
di dati che il sistema deve gestire al suo interno per la comunicazione tra ciascuna delle 
sue parti componenti. Per di più i sistemi sensore-attuat  saranno presto in grado  di  
effettuare auto-test, auto-calibrazione ed auto-riparazioni. Il risultato sarà un prodotto 
affidabile, che fornisce una risposta stabile nel tempo, e che non necessita di 
manutenzione su un arco di tempo anche molto lungo. 
 
 
3) Basso consumo energetico; dimensione e peso contenuti. 
I microsistemi possono essere impiegati laddove i sistemi convenzionali, a corché 
efficienti, risultano essere troppo pesanti od ingombranti (come spesso succede in 
medicina). Essi inoltre consumano meno energia. Tutti questi aspetti sono di 
fondamentale importanza, in particolare per il mercato degli equipaggiamenti portatili. 
 
4) Bassi costi. 
La produzione di massa di microsistemi sarà resa possibile dal fatto che la tecnologia di 
lavorazione del silicio ed i processi della microelettronica sono stati in toto applicati alla 
 4
MST. Dei sistemi completi potranno essere sviluppati in tempi sempre più brevi ed a 
costi sempre più bassi. 
  
5) Flessibilità nella progettazione e nella produzione. 
La Microsystem Technology permette una maggiore flessibilità ed elasticità in fase di 
progettazione e realizzazione di microsistemi. Le proprietà di un microsistema potranno 
essere modificate a costo di minimi cambiamenti progettuali. 
 
6) Vantaggi offerti dall’integrazione in sistemi complessi. 
Sfruttando i vantaggi della MST, sarà possibile realizzare sistemi complessi ottimizzati 
con diverse funzioni, prestazioni ottimizzate, e capacità di compensare l’influenza 
dell’ambiente sulla risposta del microsistema.  
 
I microsistemi nel mondo. 
 
La tecnologia dei microsistemi invaderà in pochi anni pressoché tutti i mercati. A breve 
termine le soluzioni convenzionali saranno soppiantate da quelle che adotteranno la 
MST, e beneficeranno dei vantaggi offerti dall’integrazione in sistemi complessi. Ad 
esempio un micro-accelerometro per l’airbag di un’autovettura non solo risulterà più 
piccolo ed economico di quello convenzionale, ma sarà caratterizzato da una maggiore 
funzionalità, grazie alla sua “intelligenza” integrata (possibilità di auto-calibrazione, 
auto-test, interfaccia di comunicazione con l’ambiente esterno). D’altro canto, a lungo 
termine, nasceranno prodotti nuovi che oggi è difficile immaginare, e che potranno 
rivoluzionare i mercati allo stesso modo in cui la nascita dei microprocessori e dei chips 
di memoria permise l’espansione del Personal Computer, rivoluzionando il mondo 
dell’informatica, e non solo. Nel futuro i microsistemi innovativi rappresenteranno i 
componenti chiave di sistemi più grandi. Un esempio può essere utile per illustrare 
l’importanza “strategica” della MST. Possiamo immaginare, in un futuro non troppo 
remoto un motore di un’autovettura con 200 o più valvole realizzato grazie alla 
tecnologia MST (dotato di microvalvole, micropompe, e sistemi integrati di controllo 
della microfluidica). L’industria che controllerà la tecnologia necessaria produrrà non 
solamente le valvole, ma presumibilmente l’intera testa del cilindro. In questo caso 
guadagnerà una fetta importante del mercato automobilistico, benché il valore del solo 
 5
microsistema sarà esiguo rispetto a quello dell’intera autovettura. Un altro esempio può 
meglio chiarire questo punto. L’industria europea delle apparecchiature fotografiche e 
cinematografiche è stata fiorente fintanto che la meccanica e l’ottica di precisione 
determinavano sostanzialmente il valore dell’intero prodotto. Quando i componenti 
elettronici delle apparecchiature giapponesi sono stati in grado di pervenire allo scopo 
con risultati di qualità analoga o superiore, l’industria europea del campo ha cominciato 
a declinare rapidamente, benché la microelettronica rappresentasse solo una frazione del 
valore dell’oggetto.  
In Europa è sempre più grande il numero delle attività e delle risorse investite 
nella sfera dei microsistemi. Per esempio nella sola Germania [3] più di 800 ricercatori 
(nelle Università, negli istituti di ricerca e nell’industria) sono convolti in questo 
campo. Benché la ricerca raggiunga livelli di eccellenza (in particolare la ricerca di 
base), esistono comunque carenze a livello tecnologico ed organizzativo che 
impediscono la diffusione dei microsistemi ed il pieno utilizzo della MST nell’industria. 
Le attività svolte, per esempio, sono spesso incoerenti ed isolate, non finalizzate alla 
produzione, e quindi alla standardizzazione. Ben diversa è la situazione negli Stati Uniti 
ed in Giappone: benché la ricerca di base sia meno avanzata che in Europa, la gestione 
delle enormi risorse è orientata all’applicazione e quindi alla produzione. Negli U.S.A. 
per esempio colossi industriali come Motorola, Analog Devices, Texas Instruments, 
Honeywell, General Motors, AT&T, Hewlett-Packard, nonché svariate piccole e medie 
imprese, sono coinvolte nello sviluppo di microsistemi e finanziano la ricerca sulla 
MST. Altre aziende già da tempo producono su vastissima scala sensori ed attuatori. Tra 
queste la Delco Industries che annualmente immette sul mercato sei milioni di sensori di 
pressione. Parallelamente, in ambito accademico cinque importanti università 
conducono ricerche sui microsistemi: la University of California a Berkeley (UBC), il 
Massachussets Institute of  Technology (MIT), la University of Michigan ad Ann 
Arbor, la University of Wisconsin e la Case Western Reserve University a Cleveland. In 
Giappone la ricerca è ancora più fortemente sbilanciata a favore della produzione, in 
particolare di microattuatori e micromacchine. Le università coinvolte nella ricerca sulla 
MST sono relativamente poche (tra queste la University of Tokyo, il Tokyo Institute of 
Technology, la Nagoya University), mentre è l’industria che fa la parte del leone 
(Toyota, Hitachi, NEC, Ricoh, Nippodenso, Nissan, producono annualmente decine di 
milioni di microsistemi). 
 6
 
Le aree di mercato dei microsistemi 
 
Le aree di applicazione ed i mercati per i prodotti basati sulle tecnologie dei 
microsistemi sono molteplici, e tenderanno ad espandersi sempre di più sin dal prossimo 
futuro. I vantaggi della MST ricordati nel par. 1.1.2 permetteranno, da una parte, la 
produzione a basso costo di prodotti di massa per applicazioni standard, dall’altra 
l’ideazione di nuove, speciali soluzioni caratterizzate dall’integrazione di funzioni 
elettriche e funzioni non elettriche, da piccoli ingombri, da alta robustezza e flessibilità. 
Alcuni esempi delle principali aree di mercato di tali prodotti sono riportati di seguito.  
 
1) Elettronica di consumo e comunicazioni mobili 
• Sistemi miniaturizzati di reg strazione e di riproduzione dei dati; 
• Mezzi di comunicazione personali portatili (telefoni cellulari, personal computers, 
penpads); 
• Motori miniaturizzati (ad esempio per i sistemi di registrazione); 
• Sensori compatti d’accelerazione, di campo magnetico, ed altri; 
• Sistemi per la grafica e la stampa di alta qualità; 
• Nuovi tipi di trasmettitori per i sistemi di comunicazione. 
 
2) Ingegneria automobilistica 
E’ stato previsto che nel giro di pochi anni i sensori ed i componenti elettronici 
rappresenteranno circa l 30% del valore complessivo di un’autovettura. In tale ottica, la 
MST provvederà alla produzione di dispositivi con diverse funzioni: 
• accelerometri, sensori di pressione, di temperatura, di flusso d’aria e di carburante, 
di gas combusti, di rumore; ciascuno di essi sarà integrato in un sistema elettronico 
intelligente; 
• sistemi multisensore-attuatore per il controllo delle sospensioni, il rilevamento radar 
degli ostacoli e della distanza tra autovetture, sistemi di navigazione miniaturizzati, 
sistemi di monitoraggio dello stato del motore e di altre parti dell’autovettura, 
dispositivi d’allarme e di identificazione del conducente, sistemi di comunicazione 
tra autovetture; 
• microattuatori (ad esempio per la iniezione del carburante). 
 7
 
3 Ingegneria medica 
I microsistemi potrebbero rivoluzionare completamente il campo dell’ingegneria 
medica, con prodotti che al giorno d’oggi in alcuni casi è anche difficile immaginare: 
• sistemi di monitoraggio della salute e sistemi intelligenti di diagnostica; 
• sistemi invasivi usa e getta di monitoraggio del sangue (pressione, temperatura, 
pressione di ossigeno, flusso sanguigno, controllo del pH e delle quantità di CO2, di 
ioni Na+ e K+; 
• microchirurgia; 
• pace-makers; 
• analisi e controllo d’iniezione dei liquidi;
• dispositivi per la stimolazione di nervi impiantati; 
• sistemi intelligenti per la somministrazione di farmaci (ad es. insulina); 
• dispositivi per il supporto uditivo. 
 
4 Controllo ambientale 
I microsistemi contribuiranno in diversi modi alla protezione ambientale, 
principalmente permettendo la riduzione del consumo energetico e di sostanze 
chimiche: 
• sistemi portatili di monitoraggio dell’aria e delle acque; 
• sensori singoli e sistemi di sensori integrati per lo studio di proprietà chimiche e 
fisiche; 
• sistemi di analisi miniaturizzati per il controllo di flussi;
• monitoraggio dell’inquinamento e della radiazione ambientale;
• sistemi per il controllo delle emissioni (per autovetture ed abitazioni). 
 
5 Domotica 
In questo campo la MST renderà più economiche ed altamente più sicure tu te le attività 
riguardanti la sfera domestica, grazie anche a prodotti come: 
• sensori selettivi per la temperatura, l’umidità, il valore del pH; 
• sensori chimici e dispositivi di controllo di flusso di gas e liquidi; 
• sensori di sicurezza per la individuaz one della presenza di gas (ad es. monossido di 
carbonio o metano; 
 8
• dispositivi per la determinazione della durezza dell’acqua.
 
6 Tecnologia aerospaziale 
Possibili applicazioni della MST saranno: 
• componenti per mini-satelliti; 
• sensori di flusso; sensori per l rilevamento ed il controllo di accelerazione, velocità, 
posizione; 
• sistemi inerziali miniaturizzati. 
 
7 Tecnologia degli impianti, dei processi di automazione e di manufacturing
In questa area di mercato saranno fortemente richiesti nel futuro prodotti q ali: 
• sensori di pressione, posizione, velocità, accelerazione; 
• sensori flusso, riconoscimento di specie chimiche, temperatura, densità e viscosità; 
• microattuatori quali micromembrane, micropompe, microvalvole, dispositivi di  
posizionamento (microposizionatori), filtri; 
• sistemi di monitoraggio della salute; reti di sensori per il monitoraggio di 
danneggiamenti strutturali e di perdite di gas. 
 
8 Controllo del traffico e reti di comunicazione 
I microsistemi saranno i componenti chiave di macchine o dispos tivi elettronici con 
diverse funzioni: 
• sistemi di pagamento (pedaggi o parcheggi); 
• sistemi miniaturizzati di controllo e di guida. 
 
9 Sistemi di sicurezza 
Possibili applicazioni per la MST sono:
• sistemi di identificazione e carte di credito “multiuso”; 
• sistemi per la protezione di costruzioni e per la sicurezza di intere aree.
 
10 I microsistemi ed una visione nel futuro 
E’ molto probabile che oltre alle aree di applicazione della MST summenzionate ve ne 
saranno altre, completamente nuove e non facilmente inquadrabili nelle classi di 
prodotti esistenti: 
 9
• “Occhi” artificiali per applicazioni specifiche; 
• Sensori basati su principi biochimici per il monitoraggio di microorganismi 
• Organi artificiali 
 
 10
 
 
1.1.2  Le tecnologie dei microsistemi 
 
 
Le Tecnologie di fabbricazione e progettazione. 
 
 Dal punto di vista tecnico, la Microsystem Technology combina i processi di 
fabbricazione originariamente eterogenei di meccanica, microelettronica, ottica, sulla 
base di processi litografici planari. I metodi di progettazione e di produzione dei futuri 
microsistemi saranno basati sui ben noti metodi della microelettronica, ma per molti 
aspetti andranno ben oltre. Essi comprenderanno progetti integrati che dovranno 
prevedere la comunicazione del sistema con l’ambiente attraverso i suoi sensori ed 
attuatori. Allo stesso tempo dovranno essere previste guide per il trasporto di segnali 
(elettrici, ottici, ed altri), e dovranno essere presi in considerazione i forti accoppiamenti 
tra effetti fisici differenti all’interno del microsistema. Come detto, le tecnologie chiave 
della MST si fondano primariamente su quelle della microelettronica e dei film sottili. 
Occorre dire, però, che le tecniche tradizionali per la lavorazione e fabbricazione delle 
microstrutture in silicio sono essenzialmente di tipo planare, e pertanto, pur offrendo per 
i microsistemi i medesimi vantaggi che ne hanno assicurato il successo nel campo della 
microelettronica (processi di fabbricazione diffusi e consolidati, realizzazione di 
dispositivi fortemente integrati a basso costo, di grande affidabilità ed uniformità), non 
permettono la realizzazione di micro - o minisistemi realmente tridimensionali. Al 
contrario, le nuove metodologie della micromeccanica, che costituiranno la base per la 
MST, prevedono la possibilità di realizzare vere e proprie strutture tridimensionali di 
piccole dimensioni, per le funzioni di tipo elettrico, meccanico ed ottico. I processi più 
largamente usati possono essere distinti in due grandi categorie:  
• le tecnologie  “tradizionali”, derivate dalla microelettronica (tra esse ad es. la 
bulk micromachining, la surface micromachining, il deep dry- tching ); 
• Le tecniche “non tradizionali” derivate dalla meccanica di precisione 
(elettrodeposizione di metalli, la microelettroerosione, la sterelitografia), o da 
altri settori come la bioingegneria e la fisica: tra queste la laser machining e la 
tecnica LIGA (acronimo tedesco per Litog aphie Galvanofornumg, Abformung). 
 11
Nei prossimi paragrafi verranno illustrate in qualche dettaglio alcune delle tecnologie 
citate per la realizzazione di microstrutture tridimensionali. Oltre a queste tecnologie di 
base si renderanno necessari altri processi, come l’eterointegrazione del silicio con i 
semiconduttori III/V o altre strutture ibride, le micro-connessioni chip-chip, le 
connessioni di tipo ottico, processi compatibili con le nuove funzionalità richieste dai 
microsensori: oltreché meccaniche, anche ottiche, chimiche e biologiche. 
 Dal punto di vista progettuale, le tecnologie di simulazione aiuteranno a ridurr  i 
costi ed i tempi di produzione: a causa infatti dell’alta densità ed integrazione dei 
componenti, sarà impossibile misurare e testare ogni singolo componente. Poiché non 
sarà pensabile una ottimizzazione dei componenti così come avviene nella meccanica di 
precisione convenzionale, le sole soluzioni saranno modellizzazione matematica ed 
ottimizzazione numerica.  
 
 
La “Bulk Micromachining”: microlavorazione mediante attacco 
chimico anisotropo. 
 
La tecnologia della bulk micromachining è stata la prima ad essere sviluppata 
per la realizzazione di dispositivi micromeccanici. Alla base di tale tecnica (nata per il 
silicio monocristallino ed ereditata dalle tecnologie dei microsistemi per la 
fabbricazione di microstrutture principalmente tridimensionali), stann  i principi 
dell’attacco chimico (etching). In particolare, l’attacco chimico anisotropo si fonda sulla 
proprietà di alcuni agenti chimici di presentare differenti velocità di attacco del silicio a 
seconda della orientazione cristallografica (anisotropia). Gli agenti chimici più 
comunemente impiegati per l’etching anisotropo sono generalmente soluzioni alcaline 
come idrossido di potassio (KOH) in acqua, idrazina (N2H4) ed acqua, idrossido 
d’ammonio (NH4-OH) in acqua, Etilendiammina Pirocathecol (EDP) ed acqua. Le 
velocità di attacco possono essere variate controllando le concentrazioni degli agenti 
chimici e la loro temperatura [4,5,6,7]. Inoltre, il controllo accurato dell’attacco, 
necessario per la realizzazione di microstrutture anche complesse, si raggiung  
rallentando o fermando selettivamente l’etching anisotropo: allo scopo si utilizzano 
sottili film di materiali resistenti all’agente stesso, con spessori che vanno da 0.5 a 5 
millimetri. Tra i più comunemente usati sono i film di Si3N4, SiO2, Au, Cr. Il 
 12
comportamento anisotropo degli attacchi chimici può essere spiegato sulla base dei 
legami liberi della superficie: la velocità di attacco di tutte le soluzioni, infatti, è minima 
per i piani (111), e pari a circa l’1% di quella dei piani (100), a seconda delle condizioni 
e dell’attacco chimico. Il massimo della velocità di attacco si ha per i piani (133). 
Sfruttando le proprietà di anisotropia, è quindi possibili ricavare microstrutture molto 
ben definite, la cui geometria finale dipende ovviamente dall’orientazione 
cristallografica del materiale di partenza. Utilizzando ad esempio silicio con 
orientazione (100) attaccato chimicamente da una soluzione di idrossido d’ammonio, è 
possibile ottenere con elevata precisione microstrutture come cavità piramidali, 
scanalature a forma di V, ponticelli, ecc. In questo caso, infatti, l’attacco si arresta 
quando vengono raggiunti i piani (111), inclinati di 54.7° rispetto alla superficie. 
L’arresto dell’attacco chimico può essere favorito o reso ancora più efficace anche 
mediante un elevato drogaggio del silicio con boro ad alta concentrazione. E’ noto 
infatti che solo oltre il limite di circa 2.5*1019 atomi di drogante/cm3 si ha una drastica 
diminuzione della velocità dell’attacco chimico, mentre al di sotto la velocità è 
sostanzialmente indipendente dalla concentrazi e. Le esigenze di lavorazione 
specifiche, che variano di caso in caso, suggeriscono la scelta dell’opportuno attacco 
chimico (ad esempio gli attacchi chimici basati su idrossido di potassio sono 
caratterizzati da un’eccellente anisotropia ma possiedono una bassa selettività). 
Recentemente nei processi di attacco chimico vengono usati anche sandwich di SiO2 e 
di silicio policristallino depositati su substrati di silicio. Il silicio policristallino viene 
dapprima strutturato mediante litografia e successivamente attaccato chimicamente a 
livello locale.