פרופ’ יובל יעיש מהטכניון, מפתח שיטה להחלפת הסיליקון במערכות מוליכים למחצה, מסביר בראיון ל-CHIPORTAL במהלך כנס DevelopEX2016 כיצד עובדת השיטה ובכמה היא תאפשר לדחות את קיצו של חוק מור
| פרופ’ יובל יעיש, הטכניון, בכנס DevelopEX2016. צילום: ניב קנטור |
אחת ההבטחות הגדולות של עולם האלקטרוניקה בעשור האחרון הם הננו שפופרות פחמן (Carbon Nano Tubes – CNT). אולם ההבטחה הזו לא מומשה עד היום בגלל הקושי לשלוט באותן שפופרות שתימצאנה היכן שאנו זקוקים להם על מצע השבב. פרופ’ יובל יעיש וקבוצת דוקטורנטים שלו גילו שיטה שבה במקום לייצר את הננו שפופרות הללו הם פשוט מגדלים אותם.
פרופ’ יעיש היה אחד האורחים הבכירים בכנס DevelopEX2016 שהתקיים בשבוע שעבר במרכז הכנסים אווניו בקרית שדה התעופה.
“כבר שנים מתריעים על כך שחוק מור בגרסתו הסיליקונית עומד לעמוד בפני מכשול פיזיקלי. נדרשת חשיבה חדשה. לאחרונה נכנסים לשימוש חומרים המכונים D VANDERWAALS, שניתן לבנותם בשכבות שבהן האינטראקציה בין השכבות תהיה חלשה. מדובר בחומרים כגון CNT, גרפין, Silicon Nano Wire ועוד. חומרים אלה מושכים שאליהם את האלקטרונים באופן טבעי, לא צריך את כל תעשיית הסיליקון כדי להכניס אותם פנימה. מה שצריך לעשות הוא לבנות את האלקטרוניקה סביבם.”
“ננו שפופרות פחמן הם צורה חזקה מאוד של חומר. זו שפופרת חלולה בקוטר של ננומטר אחד – חומר חד ממדי. כשמנסים לבנות מחומרים אחרים מבנים בממד אחד נוצרות בעיות כאשר מקטינים את הממדים לסדר גודל של ננומטר אחד. במקום לייצר – כדאי ללמוד מהטבע שמייצר בעצמו את השפופרות בלי מאמץ. הבעיה היתה כיצד לסדר את הננו שפופרות הללו כשלא אפשר לראות אותן במיקרוסקופ, ובלי לשלוט בהן הן גדלות בצורה לא אחידה.”
“היו מדענים שניסו למצוא טכניקות אופטיות לאתר את הננו שפופרות אבל הטכניקות לא יעילות כי רובן מתבססות על קרן לייזר. הבעיה – האינטראקציה בין הלייזר לננו שפופרות קטנה מאוד, ואז באנו עם רעיון מהפכני: המבנה של ננו שפופרת הוא טבעות בנזן. בואו ניקח מולקולה שיש לה טבעת בנזן, נאדה אותה וכשהיא תמצא את הננו שפופרת היא תצטרף אליו והן יתגבשו לקריסטלים אורגניים וכשכל המולקולות מצטרפות יחד, קיבלנו ננו שפופרת – מבנה בגודל של 30-20 ננומטר אותו אני יכול לראות אותו באופטיקה רגילה הרבה יותר מהר מאשר בלייזר ובלי לפגוע בשפופרות.”
“תהליך שהיה פולשני ולקח עשרים שניות על משטח של 100 על 100 ננומטר, אורך עכשיו חלקיק שניה והוא לא פולשני. מצד שני סימנו את הננו שפופרות אבל פגענו להם בתחונות. כל פעם שמוקולה נפשגת עם הננו שפופרת היא משנה את התכונות שלה. בסוף אנחנו מאדים את כל המערכת והננו שפופרת חוזרת לתכונות המקוריות שלה.”
“גידלנו איפוא ננו שפופרות, סימנו שאותן עם המולקולות, צילמנו תמונה בצורה אופטית. העברנו את זה למחשב וכעת באמצעות עיבוד תמונה ועל פי עקרונות התכנון של מעגלים אנחנו יכולים לייצר טרנזיסטור P, N ו-INVERTER – מרגע שיש את זה אפשר לייצר לוגיקה, והכול בצורה ממוחשבת.”
כמה כאלה יצטרכו בשבב?
“מדובר על הרבה ננו שפופרות. אני יכול לחבר אותן. המטרה היא להגיע לצפיפות של 100 שפופרות בשטח של מיקרון, כלומר שכל 10 ננומטר תהיה שפופרת. זה טוב גם ללוגיקה, אך זה מאוד אתגרי.”
“יש בעולם, לא אצלנו, אנשים שיש להם אסטרטגיה מעט שונה. הם יגדלו את הננו שפופרות בצפיפות מאוד גבוהה על פרוסת סיליקון, איתה יכולים לעבוד ולייצר. אנחנו מאפשרים להם טכניקה שבאמצעותה הם יוכלו לדעת בדיוק היכן נמצאות השפופרות. האם כל השטח מכוסה, האם יש מקומות שיש בהם איים? האם הננו שפופרות חוצות אחת את השניה – דברים שרוצים למנוע כדי שהייצור יהיה הדיר ויעיל ועם ביצועים גבוהים.”
“אני צופה שבין חמש לעשר שנים אפשר יהיה להשתמש בשיטה זו בתעשיה בצורה מאסיבית. טרנזיסטורים המורכבים מננו שפופרות יהיו חזקים יותר מהטרנזיסטורים הטובים ביותר בטכנולוגיות של היום לפחות פי 5 ועם צריכת אנרגיה הרבה יותר נמוכה. יתרה מכך, בעתיד ניתן יהיה לייצר את השבבים העשויים מננו שפופרות בשלושה ממדים, משום שהאילוץ התרמי המפריע כיום לייצור שבבים בשכבות בסיליקון אינו קיים בננו שפופרות. מדברים על ביצועים של פי אלף אבל זה בעתיד היותר רהחוק. בכל אופן המעבר לטרנזיסטורים שהם מבוססי ננו שפופרות הוא לא דמיוני כמו שחשבו פעם.”
מה זה מצריך מהיצרניות?
“אנשים שמתעסקים בזה אומרים שיהיה אפשר להחליף הרבה מאוד בקווי הייצור גם בטכנולוגיה החדשה. הרעיון הוא שיהיו חברות שימכרו פרוסות מרושתות בננו שפופרות פחמן ואז אינטל או מתחרותיה יוכלו להשתמש בפרוסות הללו ולבנות את השבבים שלהם.
“המעגל המשולב, הצ’יפ, הוא פריצת הדרך הגדולה ביותר באלקטרוניקה עד כה,” מסביר פרופ’ יעיש, “ואנחנו מאמינים כי השיטה שפיתחנו תהיה 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.”
מסכם פרופ’ יעיש.
| {loadposition content-related} |
