ENEA-2 – Sputtering
Descrizione dell’impianto:
Tubo ricevitore e coating solare a tecnologia ENEA fabbricato mediante l’impianto “ENEA-2”
L’impianto «ENEA-2», installato dal 2010 nella hall tecnologica del C.R. ENEA di Portici, è una facility di tipo prototipale ideata, progettata e realizzata per condurre attività di ricerca e sviluppo su rivestimenti speciali multistrato a film sottili (con prospettive di applicazione commerciale in diversi settori, principalmente afferenti alle tecnologie da fonti energetiche rinnovabili, FER) e per lo sviluppo e messa a punto dei relativi processi di fabbricazione mediante tecniche di deposizione in vuoto di tipo sputtering.
«ENEA-2» è l’apparato mediante il quale sono state sviluppate, brevettate e trasferite all’industria nazionale tecnologie chiave nel settore dei coating assorbitori spettralmente selettivi per tubi ricevitori d’impianti solari a concentrazione, termodinamici (Concentrated Solar Power, CSP) e termici (Concentrated Solar Thermal, CST), a collettori lineari parabolici (PTC) o Fresnel (LFC).
Il design dell’impianto «ENEA-2» è di proprietà dell’ENEA. L’apparato è di tipo sperimentale (e, pertanto, dotato della più ampia flessibilità) ma ha una filosofia funzionale di tipo industriale (risulta scalabile alle dimensioni tipiche di un impianto di deposizione per produzione massiva).
Foto d’assieme dell’impianto “ENEA-2”
Come funziona:
Il layout generale dell’impianto di sputtering «ENEA-2» è definibile verticale con processi in scansione. «ENEA-2» può processare substrati tubolari di lunghezza massima di 600 mm, diametro esterno compreso fra 10 e 100 mm (tipicamente 70 mm) e spessore di parete compreso fra 1 e 5 mm. Inoltre, si possono effettuare depositi su flat panel di lunghezza massima pari a 1.000 mm ed altezza fino a 380 mm.
L’impianto è costituito, fondamentalmente, da una camera load-lock (per il caricamento, lo scaricamento e per il precondizionamento termico ed in plasma del substrato), da una camera di processo (nella quale si effettuano le deposizioni per sputtering) e da un telaio inferiore di supporto. Le due camere in acciaio comunicano mediante una valvola gate di apertura pari a 150×1050 mm. La load-lock ha dimensioni approssimativamente pari a 1.300×1.300×450 mm, mentre la camera di processo ha dimensioni approssimativamente pari a 3.600×1.200×300 mm.
Nella configurazione attuale, il substrato è collocato in posizione orizzontale su di un sistema “carrello + pallet” che provvede a trasportarlo dalla camera di caricamento alla camera di processo. In camera di processo il substrato è fatto traslare ripetutamente davanti a catodi magnetron (sorgenti di sputtering) disposti verticalmente: il processo di deposizione è dunque in scansione.
È attualmente possibile alloggiare fino ad un massimo di sei catodi montati, in gruppi da tre, su due lastre collocate da parti opposte rispetto alla camera di processo ed in posizione centrale rispetto alla lunghezza della camera di processo stessa.
La macchina è dotata, in camera di processo, sia di un sistema di pompaggio d’alto vuoto di tipo turbomolecolare che criogenico. Il pompaggio in load-lock è realizzato mediante una crio-pompa.
La camera di processo dell’impianto «ENEA-2» è attrezzata per la sperimentazione, in funzione di materiali da fabbricare, delle seguenti tecniche di deposizione:
- film metallici: DC e DC-pulsed magnetron sputtering con catodi Balanced, Unbalanced e High Strength field;
- film ceramici: MF e bipolar DC-pulsed dual-magnetron reactive sputtering;
- CERMET ovvero nanocompositi CERamico-METallici: DC-pulsed/bipolar DC-pulsed e DC pulsed/MF reactive co-sputtering;
- film a struttura e caratteristiche modificate: tecniche IBAD (Ion Beam Assisted Deposition).
I processi di sputtering reattivo ad alto rate di deposizione, che sono quelli a più difficile regolazione, sono controllabili mediante un sistema PEM (Plasma Emission Monitoring).
Layout generale dell’impianto “ENEA-2”
Possibili applicazioni:
L’impianto di sputtering «ENEA-2» consente di espletare attività di:
- ricerca e sviluppo su innovativi rivestimenti multistrato a film sottili multifunzionali destinati principalmente, ma non esclusivamente, ad applicazioni in componentistica per tecnologie FER (con particolare riferimento al settore dell’energia solare) e per la filiera dell’Idrogeno Verde;
- sviluppo e messa a punto di processi di fabbricazione, anche di tipo industriale (alta produttività, basso costo, elevata ripetibilità e qualità di deposito), di rivestimenti a film sottili mediante tecniche di sputtering magnetron.
Sistema “carrello + pallet porta-substrato” dell’impianto “ENEA-2”
Attività in corso:
- Sviluppo e realizzazione in forma di prototipo, mediante processi di sputtering d’interesse industriale, di coating assorbitori solari a elevate prestazioni fototermiche per tubi ricevitori di impianti micro-PTC operanti a media temperatura (≤ 400 °C) e di impianti CSP/CST a collettori lineari (PTC o LFC) operanti ad alta temperatura (≤ 550 °C), risultando i coating stabili per una vita utile di almeno 25 anni.
- Sviluppo di innovativi rivestimenti protettivi multifunzione a film sottile su supporti metallici (piani e tubolari) finalizzati a incrementare la stabilità, la durata e la versatilità di membrane per la produzione, separazione e purificazione di Idrogeno in reattori alimentati da energia solare o da combustibili e biocombustibili.
Attività future:
- Sviluppo di rivestimenti protettivi e funzionali avanzati, fabbricati mediante processi di magnetron sputtering / co-sputtering / High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS), per componenti di tecnologie energetiche operanti in condizioni critiche di temperatura e ambienti corrosivi.
Processi di deposizione condotti sull’ impianto “ENEA-2”
Referente attività: Salvatore Esposito
Responsabile Divisione: Walter Gaggioli
Aggiornamento giugno 2026
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