Cos'è il plasma e cosa c'entra con il mio telefono cellulare?

A dirla senza giri di parole, il plasma è semplicemente il quarto stato di aggregazione della materia. Se si aggiunge sempre più energia a una sostanza solida, ad esempio calore, si ottiene dapprima un liquido e poi un gas. Continuando si avrà il plasma.

Nel gas normale, il nucleo atomico e gli elettroni sono saldamente legati tra loro: l'atomo è elettricamente neutro e stabile. Tuttavia, se si sollecita il gas con un'alimentazione di energia sempre maggiore, gli atomi entrano in collisione con tale violenza che le forze di legame si indeboliscono e gli elettroni vengono strappati dal loro guscio. Il gas si trasforma in un miscuglio caotico di particelle costituito da elettroni con carica negativa che si muovono liberamente e nuclei atomici con carica positiva. La formazione del plasma si chiama ionizzazione. In natura, ciò avviene di solito nel modo più duro: o a causa di un calore inimmaginabile, come nel nucleo del Sole a 15 milioni di gradi, o a causa di enormi scariche elettriche quando un fulmine di milioni di volt ionizza le molecole d'aria.

L'industria gestisce la produzione di plasma utilizzando elettricità ben bilanciata in una "cucina high-tech": i pezzi in lavorazione si trovano in una camera a vuoto. Un gas nobile, come l'argon, fluisce nella camera. È vero che la magia del plasma avviene nella camera a vuoto. Ciò che in realtà è tecnicamente impegnativo, tuttavia, accade all'esterno: generatori speciali, ad esempio della gamma TRUMPF, convertono la normale tensione di rete in tensione ad alta frequenza o pulsata e rilasciano questa energia direttamente nel gas nel vuoto. Il campo elettrico spazza via improvvisamente gli elettroni e provoca tra essi milioni di collisioni. E voilà: il plasma. Il generatore è qui il direttore d'orchestra. Controlla e bilancia l'intensità di corrente, tensione e frequenza nell'ordine dei millisecondi e conferisce al plasma esattamente le forme e le proprietà necessarie per la rispettiva applicazione, ad esempio per il trattamento di superfici o il rivestimento ultrasottile.

Sebbene in natura il plasma sia un insieme turbolento, non esiste stato della materia in condizioni industriali che sia così facile da domare e controllare con tale precisione, addirittura con precisione atomica. Infatti, il plasma è estremamente conduttivo dal punto di vista elettrico e quindi reagisce in modo molto sensibile ai campi elettromagnetici generati dallo speciale generatore. Questi campi agiscono sul plasma come pinzette invisibili, lo espandono o lo comprimono, lo accelerano o lo mantengono fluttuante nello spazio. In secondo luogo, il plasma è chimicamente altamente reattivo. Gli ioni liberi tendono a ricombinarsi a tutti i costi e, per questo motivo, attaccano qualsiasi materiale che venga a contatto con essi. L'industria utilizza il plasma per molteplici scopi: ad esempio per il trattamento di superfici di un'ampia varietà di materiali, come per la tempra o per la sterilizzazione di dispositivi medici sensibili al calore. Eppure, è proprio la combinazione delle caratteristiche di “precisione di controllo” e “elevata reattività” a rendere il plasma indispensabile nella produzione di microchip.

I microchip vengono realizzati strato dopo strato su wafer di silicio e il plasma indica agli atomi in quali punti del wafer possono trovarsi e in quali no. Oggi, su un pezzetto di wafer delle dimensioni di un'unghia si concentrano miliardi di transistor. Le dimensioni sono talmente minuscole che gli utensili del mondo reale non servono a nulla, per cui si ricorre al plasma. Nella pratica, il plasma svolge due funzioni principali: durante l’incisione, un getto di plasma mirato agisce come una sabbiatrice a livello atomico. Rimuove pattern di precisione microscopica, dando origine a minuscole strutture di piste conduttrici. Durante il processo di rivestimento, il plasma funge da “guida” per gli atomi. Il plasma fa reagire i gas per formare strati superficiali mirati sul wafer oppure espelle gli atomi da un pezzo di metallo come se fossero palle da biliardo, affinché si depositino sul wafer con precisione a livello di singolo strato atomico, formando un isolante o una pista conduttiva.

È semplice: senza il plasma realizzato dai generatori, non ci sarebbero i chip ad alte prestazioni, che oggi vengono utilizzati praticamente in tutti i dispositivi all'avanguardia. Senza plasma, nessuno avrebbe un computer, non esisterebbero né l'intelligenza artificiale, né Internet e nemmeno i telefoni cellulari.