Etching selettivo di silice fusa
I canali in molti strumenti commerciali sono correntemente fabbricati in vetro o incisi nel silicio utilizzando tecnologie adottate dalla lavorazione dei semiconduttori. Queste sono tecniche intrinsecamente bi-dimensionali che creano canali superficiali che necessitano poi di essere coperti con una placca di vetro al fine di ottenere i dispositivi microfluidici. Per le caratteristiche di basso costo, elevata trasparenza e buona resistenza alla corrosione il vetro viene utilizzato preferenzialmente per creare dispositivi microfluidici; nei processi di micro-fabbricazione tradizionale i canali sono incisi prevalentemente nel silicio mentre il vetro viene utilizzato come copertura superiore per i chip. L’utilizzo del vetro come substrato unico per dispositivi microfluidici e’ limitato a poche applicazioni perche’, contrariamente al silicio, il vetro viene inciso isotropicamente e l’assenza di una direzione preferenziale di incisione non permette la fabbricazione di micro-dispositivi complessi al suo interno. Recentemente e’ stato scoperto come, accoppiando un irraggiamento laser di femtosecondi con una tecnica di etching, sia possibile produrre micro-canali tridimensionali, “camere” e strutture complesse all’interno di materiali solidi trasparenti. Questo e’ possibile poiche’ il volume colpito dal raggio laser acquisisce un’aumentata reattivita’ agli acidi come l’acido fluoridrico. Nel metodo maggiormente utilizzato, la preparazione di strutture 3D consiste in due passaggi: inizialmente viene eseguita una fotomodificazione tramite irraggiamento laser con un treno d’impulsi, della durata dell’ordine dei femtosecondi (il raggio laser viene focalizzato nel materiale trasparente posto su di un sostegno piezoelettrico o motorizzato), successivamente il materiale irraggiato viene immerso in una soluzione di acido fluoridrico acquoso per un periodo di tempo specifico.
Foto di microcanale ottenuto applicando impulsi di acido fluoridrico gassoso e azoto. Lunghezza = 1,4 mm; rapporto d’aspetto = 29. La bolla scura all’interno del canale e’ aria, la parte bianca e’ costituita d’acqua.
Le procedure di etching riportate in letteratura non permettono di ottenere un micro-canale con un elevato rapporto d’aspetto in tempi rapidi. Per ovviare a queste problematiche noi abbiamo studiato la prima realizzazione di una tecnica di micro-fabbricazione tramite etching con acido fluoridrico gassoso assistita da laser ad impulsi dell’ordine dei femtosecondi (FLICE). Questo approccio permette di ottenere velocemente canali incisi su entrambi i lati con lunghezze e rapporti d’aspetto senza precedenti nell’ambito dell’etching di silice fusa con HF. Il vantaggio di questa tecnica e’ quello di non richiedere una “camera bianca” e di possedere al contempo il potenziale per sostituire, in talune applicazioni, l’approccio fotolitografico e l’utilizzo di vetro foto-sensibile.
