Sviluppo di tecniche di fabbricazione di dispositivi micro-fluidici in diamante

Da alcuni anni, parte della ricerca svolta dal gruppo di Fisica dello Stato Solido dell'Università di Torino, è incentrata sulla microfabbricazione e sulla funzionalizzazione delle proprietà elettriche, ottiche e strutturali del diamante. All'interno di questa linea di ricerca ha assunto grande importanza lo studio della trasformazione da diamante a grafite indotta dall'impiantazione ionica. Durante questo lavoro di tesi è stata sviluppata una metodologia di fabbricazione di dispositivi microfluidici in diamante, a partire da tecniche già adottate all'interno della linea di ricerca sviluppata dal gruppo di Fisica dello Stato Solido dell'Università di Torino. Queste tecniche di fabbricazione prevedono l'utilizzo di impiantazioni ioniche tramite fasci focalizzati, con energie dell'ordine del MeV, al fine di generare strati sepolti di carbonio amorfo all'interno del diamante, seguiti da annealing ad alte temperature, che permettono la conversione del carbonio amorfo in grafite. La prima parte del lavoro si è rivolto allo studio dell'effetto dell'irraggiamento tramite un laser di potenza degli strati sepolti prodotti dall'impiantazione. Sono stati eseguiti degli studi riguardanti la grafitizzazione e l'ispessimento del layer sepolto in funzione della densità di potenza utilizzata e del numero di impulsi impiegati, ottenendo importanti risultati relativi alla struttura interna dei campioni analizzati e alla possibilità di aumentare, anche notevolmente, lo spessore dello strato sepolto. Si è rivelato inoltre molto utile l'impiego del secondo effetto ottenibile dall'utilizzo della radiazione laser, cioè l'effetto di ablazione, che ha permesso la creazione di marcatori sulla superficie dei campioni. È stato inoltre fatto uso del fascio ionico focalizzato (FIB), che ha permesso di ottenere i fori di accesso agli strati interni. Grazie a questa tecnica di microfabbricazione sono stati successivamente adottati metodi di rimozione selettiva della grafite per poter rimuovere la grafite sepolta e ottenere degli strati svuotati all'interno del diamante. L'insieme di tutte queste tecniche ha permesso la fabbricazione di canali microfluidici all'interno di campioni di diamante, a profondità dell'ordine di qualche µm.