Inkjet printing and sintering of silicon nanoparticles for MEMS applications

The goal of this thesis work was to assess the feasibility of directly fabricating silicon MEMS devices through inkjet printing of nanoparticles, followed by a thermal treatment. The nanoparticles were obtained from industrial waste (powder from wafer cutting). Two inks were developed for different purposes: one with ethylene glycol (at higher concentration of silicon, to cover large areas) and one with a water/ethylene glycol mix (lower concentration, to print fine features). Substrates used were PET sheets and stainless steel foil. Furnace annealing was performed on the printed nanoparticles, and sintering was observed at temperatures above 950°C. While the structural integrity of the material has been reached, the interdiffusion with the steel substrate resulted in a contamination of the chemical composition. Preliminary results have been obtained also from photonic annealing, carried out in collaboration with NovaCentrix®.

L’obiettivo di questo lavoro di tesi era di studiare la fattibilità della diretta fabbricazione di MEMS in silicio tramite la stampa inkjet di nanoparticelle, seguito da un trattamento termico. Le nanoparticelle sono state ottenute da scarti industriali (polveri dal taglio di wafer). Due inchiostri sono stati sviluppati per scopi diversi: uno con glicole etilenico (con concentrazione più alta di silicio, per coprire aree grandi) e uno con un mix acqua e glicole (concentrazione più bassa, per stampare dettagli più fini). I substrati usati sono PET e acciaio inossidabile. Sulle nanoparticelle stampate è stata effettuata una ricottura in forno, e sinterizzazione è stata osservata a temperature al di sopra dei 950°C. Pur avendo ottenuto l’integrità strutturale del materiale, l’ interdiffusione con il substrato in acciaio ha causato una contaminazione della composizione chimica. Dei risultati preliminari sono stati ottenuti anche tramite photonic annealing, realizzato in collaborazione con la NovaCentrix®.