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FOCUS INDUSTRIA MEDICALE 60 rmo giugno/luglio 2022 membrana, sono depositati con particolari reattori a bassa pressione, all’interno dei quali viene innescato un plasma con i gas che trasportano i reagenti necessari alla deposizione dello strato, in questo caso silano e ammoniaca. Il plasma fornisce energia alla reazione tra i gas e la superficie di silicio, permet- tendo la crescita dello strato sottile di nitruro. In questo modo è possibile depositare materiali a temperature relativamente basse, tipicamente da 100 °C a 300 °C. Inoltre, variando i para- metri di generazione del plasma e i flussi dei gas reagenti, si può calibrare la tensione residua del nitruro di silicio: questa ten- sione è fondamentale perché permette di variare la frequenza di risonanza della membrana, proprio come si accorda un tam- buro tirando la sua pelle. Ciascuna membrana della sonda a ultrasuoni è costituita da uno strato di nitruro di silicio dello spessore totale di 3 µm, all’interno del quale è posizionato l’e- lettrodo superiore, un film di alluminio dello spessore di 0,3 µm. La membrana è realizzata sopra ad una cavità vuota, che ha una funzione equivalente alla cassa di un tamburo: grazie a que- sta cavità la membrana è libera di muoversi flettendosi verso il basso. Una volta posta in vibrazione, la membrana comprimerà l’aria o il liquido che le è di fronte, generando in esso delle onde ultrasoniche. La cavità, che ha una altezza di 0,2 µm, è realizzata con uno strato sacrificale di cromo, che viene rimosso una volta depositata la membrana, in modo da lasciarla sospesa. Sotto la cavità si trova il secondo elettrodo che forma il capa- citore usato per muovere la membrana. L’elettrodo inferiore rimane fisso, ancorato al silicio che costituisce la base del disposi- tivo. L’elettrodo inferiore è costituito da un secondo film di allu- minio dello spessore di 0,3 µm, ed è posizionato sotto la cavità. Applicando un segnale oscillante tra i due elettrodi si modula la forza di attrazione elettrostatica che tende a unirli, causando la vibrazione della membrana a una frequenza prestabilita. Inver- samente, un’onda ultrasonica che colpisce le membrane quando non sono attive genererà un segnale elettrico. Questo permette di usare lo stesso dispositivo sia per trasmettere un’onda ultra- sonica, sia per ricevere l’onda riflessa, quindi l’eco del segnale trasmesso. L’eco contiene le informazioni usate per ricostruire la forma dei tessuti che sono stati investiti dal segnale ultrasonico. Quando invece viene applicata tra i due elettrodi una tensione costante, la membrana si flette verso il basso, riducendo l’al- tezza della cavità. Aumentando il potenziale si arriva a fare toc- care (collassare) la membrana sulla parte inferiore della cavità: così si può operare il sensore in modalità collassata, miglioran- done la sensibilità con un opportuno disegno. Perché tecnologia micromeccanica. Le frequenze tipiche di funzionamento delle sonde ultrasoniche micromeccaniche vanno da 1,5 MHz a 20 MHz, coprendo tutto lo spettro delle possibili applicazioni medicali. La tecnologia micromeccanica è stata scelta perché permetterà di realizzare sensori della di- mensione di pochi millimetri, che possono essere alloggiati nella testa di sonde per endoscopia. In questo modo si renderà pos- sibile fare ecografia dall’interno del corpo, in una serie di ana- lisi: cardiovascolare, trans-esofagea, intracardiaca, addominale, muscolo-scheletrica, ostetrica. Inoltre, alterando la frequenza di funzionamento del dispositivo ad ultrasuoni per operare dai 3 ai 5 MHz sarà possibile effettuare direttamente ablazioni locali di parti dure e depositi, esattamente come già viene fatto nel caso della rimozione dei calcoli renali, ma con il grande vantaggio di potere operare direttamente nell’organo o nella sua prossimità. Le immagini sono concesse dall’Archivio fotografico Fondazione Bruno Kessler. Lo sviluppo del sensore è stato svolto presso la MicroNano Facility della FBK, all’interno della ‘Camera Pulita’, un laboratorio con standard di pulizia analoghi a quelli di una sala operatoria.