בדרך לאלקטרוניקה מולקולרית

טכנולוגיה שפותחה בטכניון עשויה להחליף את שבבי הסיליקון בעולם האלקטרוניקה. הפיתוח מתפרסם בכתב העת Nature Communications

מאז גילוין מעוררות CNTs (צינוריות פחמן זעירות) עניין רב בקהילה המדעית בשל תכונותיהן הייחודיות בהיבטים כגון הולכה חשמלית, אופטיקה, חוֹם, תכונות מכניות ורגישות לחומרים כימיים. צינוריות אלה נחשבות לרכיב משמעותי באלקטרוניקת העתיד. לאחרונה הוצג מחשב שלם המבוסס עליהן, ויתכן שבעתיד יוכלו להחליף את שבב הסיליקון כאבן הבניין של האלקטרוניקה.

אחד האתגרים הגדולים בדרך ליישומן של CNTs קשור בצורך לייצרן במיקומים ספציפיים על גבי מצע חלק, בתנאים שיובילו להיווצרותו של מעגל חשמלי סביבן. מאמר המתפרסם בכתב העת Nature Communications מציג פריצת דרך בעניין זה, שהושגה במעבדתו של פרופ' יובל יעיש מהפקולטה להנדסת חשמל על שם ויטרבי ומהמרכז לננואלקטרוניקה על שם זיסאפל בטכניון. הטכנולוגיה שפיתח פרופ' יעיש המייצרת את התנאים האמורים ויתר על כן, מאפשרת גם לחקור את התכונות הדינמיות של צינוריות הפחמן לרבות תאוצה, תהודה (רטט) ומעבר מרכּוּת לקושי.

אחד המכשולים המשמעותיים אם לא המשמעותי ביותר הוא הקושי בלמצוא או למקם צינורית שהקוטר שלה מספר ננומטרים (פי 100,000 קטן משערה). יחד עם המסטרנט גלעד זאבי והדוקטורנט מיכאל שלפמן פיתח פרופ' יעיש טכנולוגיה מהירה, פשוטה, גמישה ולא פולשנית להדמיה אופטית של צינוריות הפחמן. החוקרים מתייחסים לצינוריות האמורות כאל פגם כימי ופיזיקלי על גבי המצע האחיד והחלק. פגם זה משמש כמצע להתגבשות וגדילה של ננו-גבישים אורגניים גדולים יותר, שאותם אפשר לראות ולחקור במיקרוסקופ אופטי שגרתי (בניגוד ל-CNTs, הקטנות מדי). מאחר שהננו-גבישים אינם נקשרים לצינוריות, אפשר לאדותם לאחר מכן ולהשאיר את המשטח חלק, בלי לפגוע בתכונותיהן החשמליות והמכניות של צינוריות הפחמן.

"המעגל המשולב, הצ'יפ, הוא פריצת הדרך הגדולה ביותר באלקטרוניקה עד כה," מסביר פרופ' יעיש, "ואנחנו מאמינים כי השיטה שפיתחנו תהווה פלטפורמה ישימה לשילוב ננו-אלקטרוניקה בטכנולוגיות סיליקון ואולי אף להחלפתן של טכנולוגיות אלה באלקטרוניקה מולקולרית. CNT היא אבן בניין מדהימה וחזקה מאוד, בעלת תכונות חשמליות, מכניות ואופטיות מופלאות. חלקן מוליכות וחלקן מוליכות-למחצה, ולכן הן נחשבות לתחליף עתידי לסיליקון. התשתית הייחודית שבחדרים הנקיים של מרכז הננואלקטרוניקה בטכניון שבראשותו של פרופ' ניר טסלר מאפשרת לנו לא רק להדגים את העיקרון אלא גם לייצר התקנים מהשורה הראשונה בעולם."

לדברי פרופ' יעיש, השיטות הקיימות כיום לייצור CNT לוקות באיטיות רבה, בעלות גבוהה ובאי דיוק בתוצר – וככלל אינן ישימות לתעשייה. "הגישה שלנו הפוכה מהמקובל. אנחנו מגדלים את ה- CNTs בצורה ישרה, ובעזרת הגבישים האורגניים שמצפים את הצינוריות ניתן לראות אותן במיקרוסקופ בצורה מהירה מאד. לאחר מכן תוכנת מחשב לזיהוי תמונה מוצאת במדויק את מיקום הצינוריות ומתכננת בצורה אוטומטית את המעגל החשמלי האופטימלי ואז ניתן לייצר את ההתקן (הטרנזיסטור). זו האסטרטגיה. היעד הוא שילוב של ננו צינוריות במעגל משולב של רכיבים אלקטרוניים ממוזערים, בעיקר טרנזיסטורים על גבי שבב יחיד (VLSI), שעשויים כאמור להחליף את אלקטרוניקת הסיליקון."

פרופ' יובל יעיש למד באוניברסיטת תל אביב וסיים בהצטיינות תואר ראשון ושני בפיסיקה. את הדוקטורט – בפיסיקה ניסיונית של חומר מעובה – השלים אצל פרופסור אורי סיון בטכניון. את הפוסט-דוקטורט בתחום של אלקטרוניקה מולקולרית עשה באוניברסיטת קורנל בארה"ב.