צוות חוקרים מהאוניברסיטה העברית פיתח מכשיר שמסוגל למדוד בקלות ובמהירות את התכונות והעובי של משטחים קטנים פי 35 מקוטר שערה אנושית. השיטה צפויה לייעל משמעותית את הייצור של תאים סולאריים, מסכים שטוחים ומגוון טכנולוגיות עתידניות
במחקר חדש וראשון מסוגו בעולם, הצליח צוות חוקרים ישראלי, בהובלת הדוקטורנט רלפי קנז ופרופ’ רונן רפפורט מהמחלקה לפיסיקה באוניברסיטה העברית, לפתח מכשיר אפיון אופטי שמסוגל למדוד, בדיוק עצום, משטחים דקים עד כדי עובי של אטום בודד. השיטה החדשה מאפשרת מדידות על משטחים מזעריים שקוטרם שני מיקרון בלבד (לשם השוואה, קוטר של שערה אנושית נע סביב 70 מיקרונים). המכשיר החדשני, שפורסם לאחרונה בכתב העת Review of Scientific Instruments, פועל בשיטה ייחודית קלה ונוחה שתייעל אפיון ופיתוח של תאים סולאריים, מסכים שטוחים, ואפילו טכנולוגיות מבוססות חומרים מתקדמים חדשים וביולוגיה מתקדמת.
התעשייה והמחקר כיום מתבססים על מכשירי אפיון אופטיים, הנקראים אליפסומטרים בשפה המדעית, למדידת התכונות והעובי המדויק של משטחים שונים באמצעות השתקפות האור מהם. עם זאת, עד היום אף אליפסומטר לא מסוגל למדוד בצורה מדויקת ומהירה מבנים בעלי קוטר קטן מקוטר של שערה אנושית, מבנים עליהם מבוססות טכנולוגיות רבות בחיינו. כעת, צוות החוקרים מהאוניברסיטה העברית שם לעצמו למטרה לבנות אליפסומטר מדויק, אשר יהיה מסוגל למדוד בקלות במהירות אזורים בקנה מידה של מיקרונים ספורים.
“מבנים קטנים כאלה מצויים בשימוש במגוון טכנולוגיות ומחקרים מודרניים, כמו מוליכים למחצה, מכשירים אלקטרוניים, מסכים שטוחים ופיתוח טכנולוגיות בחומרים חדשים”, מסביר קנז, ומוסיף: “לאחרונה הצלחנו לפתח אליפסומטר חדש שיכול למדוד ולאפיין בדיוק ובמהירות שטחים קטנים עד שני מיקרון ברוחב”. לדברי החוקרים, המכשיר החדשני הוא המהיר ביותר מסוגו עד היום באיסוף נתונים, בערך פי אלף בהשוואה למכשירים קיימים דומים שמסוגלים למדוד שטחים קטנים של מיקרונים בודדים. המכשיר כה מדויק עד שהוא יכול לזהות ולמדוד עובי של משטחים זעירים שעשויים משכבה אטומית בודדת.
בנוסף לכך, הפיתוח החדש נמצא יעיל בעבודה עם מיקרוסקופים אופטיים רגילים ורכיבים סטנדרטיים, מבלי להפריע ליכולות ההדמיה של המיקרוסקופים הקיימים. פרופ’ רפפורט משתף: “זה הופך את הטכנולוגיה שלנו לזולה במיוחד, קומפקטית ורב-תכליתית. היא הופכת בקלות ובמחיר סביר, כל מיקרוסקופ רגיל לאליפסומטר עם יכולות מעולות בהשוואה לכל אליפסומטר מסחרי”. במילים אחרות, מכשיר האפיון האופטי החדש יכול לחסוך למעבדות המחקר והפיתוח, וכן למפעלי התעשייה בכל רחבי העולם סכומים גבוהים מאוד, בשווי מיליארדי דולרים, אשר מושקעים במכשירים יקרים ואיטיים.
לאחרונה, החוקרים רשמו פטנט על השיטה הייחודית לביצוע מדידות אליפסומטריה במערכות של מיקרוסקופים אופטיים, והם מתכננים להפוך את הטכנולוגיה למסחרית כבר בעתיד הקרוב. “בשנות הקרובות, המחקר והפיתוח האקדמי והתעשייתי חייבים להתאים את עצמם לעולם המתחדש גם באופני הייצור והאפיון של הטכנולוגיות הפופולריות. אנו בטוחים שממצאי המחקר הנוכחי יעניינו במיוחד את תעשיית השכבות הדקות, אשר מהווה חלק מרכזי בייצור מכשירים טכנולוגיים וצפויה להיות מוערכת ב-22 מיליארד דולר עד שנת 2029. המכשיר שפיתחנו עונה בדיוק לדרישות השוק בכך שהוא מהיר מאוד, נוח לשימוש ועשוי להוזיל משמעותית את עלויות הייצור – כלומר להעלות את רווחי התעשייה”, מסכם קנז.
המאמר האקדמי: https://doi.org/10.1063/5.0123249
עוד בנושא באתר הידען:
