אפיון תלת-ממדי יקדם מזעור בתהליכי ייצור של התקנים אלקטרונים

טכנולוגיה חדשה שפיתחה חוקרת בטכניון, במהלך מחקר הפוסט-דוקטורט שלה באוניברסיטת שיקגו, צפויה לחולל פריצת דרך דרמטית במזעורם של התקנים אלקטרוניים. את המחקר, שבו השתתפו חוקרים מאוניברסיטת שיקגו וממעבדות ארגון באילינוי, הובילה ד"ר תמר סגל-פרץ, כיום חברת סגל בפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון בטכניון

ד"ר תמר סגל-פרץ. צילום: דוברות הטכניון

המחקר, שהתפרסם בכתב העת ACS Nano, מתמקד בהתארגנות עצמית (self-assembly) של בלוק-קופולימרים (blockcopolymers) – שרשראות פולימריות המשמשות כתבניות בתהליכי ייצור (ננו-פבריקציה). המאמר מציג גישה חדשה לייצור ננו-תבניות בתהליכי התארגנות עצמית של בלוק-קופולימרים. גישה זו מאפשרת ייצור בממדים הקטנים מ-10 ננומטר, הנחשבים לאתגר מורכב בתעשיית המיקרו-אלקטרוניקה.

אל עומק השכבות

מזעור לממדים קטנים ושימוש בבלוק-קופולימרים דורשים הבנה מעמיקה של התהליכים המתרחשים בעומק השכבות, ולדברי ד"ר סגל-פרץ "רוב הכלים הקיימים כיום בוחנים רק את פני השטח של החומר, וכך מחמיצים מידע חשוב הנמצא מתחת לפני השטח."

המחקר המתפרסם כעת מראה שהגישה החדשה – מיפוי תלת ממדי של המבנים באמצעות טומוגרפיה במיקרוסקופיית אלקטרונים חודרת (STEM tomography) – חיונית להבנת תהליכי התארגנות עצמית וליצירת ננו-תבניות שאיכותן גבוהה הרבה יותר. "שילוב של סימולציות מולקולריות עם המידע התלת-ממדי שנאסף מאפשר לנו להבין את האינטראקציות שבין הקופולימרים לתבניות על המצע ואת מקור התנודות המרחביות בננו-מבנים."

: ייצור ננו-תבניות על יד סידור עצמי מוכוון של בלוק-קופולימרים. המבנה התלת-ממדי של הננו-תבניות נחשף באמצעות אפיון ב-TEM tomography.

אל עומק השכבות

החוקרים מעריכים כי במחקר זה הם סוללים דרך לתכנון ולייצור של תבניות משופרות ליצירת רכיבים אלקטרוניים שגודלם אינו עולה על 5 ננומטרים – הרבה פחות מהרכיבים הנוכחיים המיוצרים בפוטוליטוגרפיה, כלומר בהקרנת אור דרך מסכה. בפוטוליטוגרפיה מגביל אורך הגל את מזעור התבניות לייצור. עבור התקנים קטנים יש צורך באורכי גל קצרים, והפקת קרינה יציבה כזו היא משימה קשה יותר. לדברי ד"ר סגל-פרץ, "היתרון בבלוק קופולימרים הוא שגודל התבנית נקבע על ידי הכימיה של הפולימר ולא על ידי גורם חיצוני כגון אורך גל."

ארגון עצמי מוכוון

אולם ארגון עצמי לבדו אינו מספיק לצורכי ייצור, משום שמיקום התבניות שנוצרות בדרך זו אינו נשלט. "כדי לכוון את הפולימרים למיקום הרצוי אנחנו מייצרים תבנית ראשונית, שקל מאוד לייצר, והיא מכוונת את הפולימרים. לתהליך זה קוראים התארגנות עצמית מוכוונת – directed self-assembly. שילוב של גישה זו עם תהליכי פוטוליטוגרפיה קיימים מאפשר לנו להתגבר על המגבלות בייצור ננו-תבנית, תוך שמירה על עלות נמוכה."

כאמור, אחד האתגרים בייצור רכיבים אלקטרוניים היא קיומם של פגמים בתבנית. מדובר בבעיה מדעית וטכנולוגית משום שללא זיהוי מלא של הפגמים הנמצאים מתחת לפני השטח, אי אפשר להבין את מקור הפגמים ולכן אי אפשר לפתח שיטות ייצור משופרות. "בסופו של דבר העולם הוא תלת ממדי," אומרת ד"ר סגל-פרץ, "ולכן שום ייצוג דו ממדי שלו אינו מספק."

שלושה תארים בטכניון

ד"ר תמר סגל-פרץ השלימה את כל תאריה בטכניון – לאחר תואר ראשון בהנדסה ביוכימית בפקולטה להנדסה כימית היא עבדה בתעשייה בפיתוח מערכות לראיית לילה, ולאחר מכן המשיכה לדוקטורט ישיר במסגרת מכון ראסל ברי לננו טכנולוגיה (RBNI). את הדוקטורט עשתה בהנחיית פרופ' גיטי פריי בפקולטה להנדסת חומרים בנושא תאים סולריים מבוססי פולימריים. לאחר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת שיקגו ובמעבדה הלאומית בארגון (Argonne) הצטרפה לסגל הפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון.

{loadposition content-related}