טרנזיסטורים המורכבים במלואם מננו-גבישים

הטרנזיסטור החדשני המורכב מארבעה סוגי דיו: מוליך (כסף), מבודד (תחמוצת אלומיניום), מוליך-למחצה (קדמיום סלניד) ומוליך שבתוכו משולב חומר אילוח (תערובת של כסף ואינדיום).

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
הטרנזיסטור מהווה את אבן הבניין הבסיסית ביותר של עולם האלקטרוניקה, והוא משמש להכנת מעגלים חשמליים המסוגלים להגביר אותות חשמליים או למתג אותם בין מצבים של כבוי/דולק במסגרת מחשוב דיגיטלי. הייצור של טרנזיסטורים הוא תהליך מורכב ביותר, הנדרש לציוד מיוחד המתאים לתנאים של טמפרטורה ולחץ גבוהים. כעת, מהנדסים מאוניברסיטת פנסילבניה הצליחו להדגים גישה חדשה להכנת טרנזיסטורים והתקנים אלקטרוניים אחרים: הנחת שכבות של ננו-גבישים נוזליים אחת מעל השנייה. המחקר שלהם, שפורסם זה עתה בכתב-העת היוקרתי Science, סולל את הדרך לפיתוחם של רכיבים אלקטרוניים שיוכלו להיות משולבים בתוך יישומים גמישים או לבישים, זאת בזכות העובדה כי התהליך המתרחש בטמפרטורה נמוכה יחסית מתאים למגוון רחב של סוגי חומרים וניתן ליישום בתחומים רבים.
הטרנזיסטורים המבוססים על ננו-גבישים הודפסו על גבי מצע פלסטי גמיש בעזרת שיטה של ציפוי בסחרור (spin coating), הגם שבעתיד ניתן יהיה לייצר אותם בשיטה פשוטה יותר, למשל בהדפסה תלת-מימדית. השלב הראשון היה נטילת ננו-גבישים, או חלקיקים ננומטריים כדוריים בצורתם, בעלי התכונות האלקטרוניות הנדרשות לטרנזיסטור והכנסתם לתוך נוזל, תוך יצירת דיו המורכב מננו-גבישים. החוקרים יצרו אוסף של ארבעה סוגי דיו: מוליך (כסף), מבודד (תחמוצת אלומיניום), מוליך-למחצה (קדמיום סלניד) ומוליך שבתוכו משולב חומר אילוח (תערובת של כסף ואינדיום). “האילוח” של השכבה המוליכה-למחצה של הטרנזיסטור בעזרת חומר אחר מאפשר בקרה על הדרך שבה ההתקן מעביר מטען חיובי או שלילי.
“החומרים שפיתחנו הם בדיוק כמו הדיו המשמש במדפסת ההזרקה המסחרית הנמצאת היום בכל בית או משרד”, מסביר החוקר הראשי. “אולם, את החומרים שלנו ניתן לשנות בקלות כך שכל אחד מהם יוכל לתפקד בתור מוליך, מוליך-למחצה או מבודד. שאלת המחקר שלנו הייתה האם ניתן לערום אותם אחד מעל השני על גבי משטח בצורה כזו שתאפשר להם לתפקד יחדיו לקבלת טרנזיסטור פעיל”. התכונות האלקטרוניות של חלק מסוגי הדיו הללו אומתו כבר בעבר באופן נפרד, אולם הם מעולם לא שולבו יחדיו לקבלת התקן שלם. “זוהי העבודה הראשונה אי-פעם המראה כי כל הרכיבים, המתכתיים, המבודדים וכן המוליכים למחצה של הטרנזיסטור יכולים לשמש יחדיו להכנת ננו-גבישים”.
בשלב הראשון, מניחים את הדיו של ננו-גבישי הכסף המוליכים חשמל על גבי משטח פלסטיק גמיש שטופל קודם לכן עם מסכה פוטוליטוגרפית ואז מסירים אותה במהירות לשם קבלת שכבה אחידה בעוביה בדמותה של אלקטרודת השער של הטרנזיסטור. בשלבים הבאים החוקרים הניחו עוד שכבה של מבודד, מוליך-למחצה ובשלב האחרון את השכבה המאולחת. בעזרת חימום מתון בטמפרטורה נמוכה החומר המאולח פעפע מתוך השכבה המקורית שלו לתוך השכבה המוליכה למחצה. “הגורם החשוב בעבודה עם חומרים בתמיסה טמון בכך שאנו מוודאים כי כאשר מוסיפים את השכבה השנייה, היא אינה שוטפת החוצה את הראשונה, וכן הלאה”, מסביר החוקר הראשי. “עלינו לוודא כי השכבות אכן נצמדות אחת לשנייה מבלי הפריע זו לזו”. לאור העובדה כי כל תהליך הייצור הזה, המבוסס על תמיסת דיו, מתרחש בטמפרטורות נמוכות ולא בתנאים של ואקום, כמקובל היום, החוקרים הצליחו למקם מספר טרנזיסטורים על גבי אותו משטח פלסטיק גמיש באותו זמן.