משטחים פולימריים שיוצרו בתהליכי התגודדות-עצמית משפרים את יכולת אחסון המידע

גישת ייצור חדישה טומנת בחובה את היכולת להתגבר על מגבלות טכנולוגיות עכשוויות בהן נתקלות תעשיות המיקרואלקטרוניקה ואחסון המידע, תוך סלילת הדרך העתידית להתקני אלקטרוניקה קטנים יותר והתקני אחסון מידע בנפח גדול הרבה יותר

“במהלך 30 השנים האחרונות, חוקרים הצליחו למזער את הגודל של התקנים אלקטרוניים ואת גודל התבניות המשמשות בהכנת התקנים אלו, תוך כדי אימוץ של אותם החומרים הליטוגרפיים, הכלים והגישות ובזכות ההתמקצעות של החוקרים בתחום זה,” אומר Paul Nealey, מנהל המרכז להנדסה וננו-מדעים באוניברסיטת וויסקונסין-מדיסון (NSEC).

כעת, חומרים ושיטות אלו הגיעו למגבלותיהם הטכניות הבסיסיות, המונעות התקדמות נוספת בתחום. בנוסף, אומר החוקר, ניצול הליתוגרפיה – תהליך המשמש להכנת תבניות הייצור – למימדים הולכים וקטנים יותר ויותר עלול להפוך ליקר מידי. התקדמויות נוספות דורשות גישה חדשה שתעמוד באילוצים כלכליים ובתקנים המחמירים של בקרת-איכות בתעשייה זו.

במאמץ משותף בין האקדמיה לתעשייה, פרופסורים להנדסה כימית והנדסה ביולוגית חברו לחוקרים מחברת הטכנולוגיה Hitachi Global Storage Technologies בכדי לבחון אפיק חדיש ומבטיח לשיטות השכיחות. בגיליון ה- 15 באוגוסט של כתב-העת Science הצוות הדגים טכנולוגיה להכנת תבניות העשויה לחולל מהפכה בתחום זה תוך קבלת שיפורים בביצועים יחסית לשיטות קיימות ואף הפחתה של זמן ועלות הייצור.

השיטה מבוססת על גישות ידועות המשלבות טכניקות ליתוגרפיה שכיחות המשמשות להכנת תבניות במיקרואלקטרוניקה יחד עם חומרים המיוצרים באמצעות תהליך של התגודדות-עצמית וקרויים קוֹפּוֹלִימֵר-גּוּשִׁים (block copolymers). כאשר מוסיפים למשטחים, עליהם קיימות התבניות הליתוגרפיות, את השרשראות המולקולאריות הארוכות של הקופולימרים הם מתקבצים באופן עצמאי לתוך הסידור המיועד.

“ישנו מידע מובנה בתרכובות כך שמתקבלים גדלים ומאפיינים בעלי תכונות רצויות,” מסביר החוקר הראשי. “כוחות מניעים תרמודינאמיים מאלצים את המבנים להיות אחידים יותר בגודלם ודחוסים יותר מאשר אלו המתקבלים בשיטות הנוכחיות.”

הקופולימרים מהסוג הזה מעצבים את המשטחים הסופיים עד הרמה המולקולארית ובכך מעניקים דיוק שלא ניתן לקבלו בשיטות הליתוגרפיה הקיימות לבדן ואפילו לא באמצעות תיקון הפגמים הקיימים בתבנית הכימית. ננו-בקרה כזו מאפשרת לחוקרים גם לייצר משטחים בעלי רזולוציה גבוהה המסוגלים לאחסן יותר מידע מאשר אלו הקיימים היום.

בנוסף, הקופולימרים הללו דורשים רק כרבע מהמידע בתבנית יחסית לחומרים קיימים בכדי להפיק את המבנה המולקולארי הרצוי ובכך מייעלים את התהליך לאין שיעור, מסביר החוקר הראשי. “אם אתה צריך להכין תבנית רק מכל נקודה רביעית במשטח, אתה יכול להכין את התבניות הללו תוך חיסכון בזמן ובעלות,” הוא מוסיף.

“מחקר זה נותן מענה לאחד מהאתגרים המשמעותיים ביותר בתחום של אחסון מידע – הייצור ההמוני של דיסקים מודפסים בעלי נפח גבוה במחיר סביר,” אומר Richard New, מנהל המחקר בחברת Hitachi Global Storage Technologies. “הפוטנציאל הרב, הטמון בדחיסות הגבוהה של מדיה מודפסת, הופך אותה לאחת מהטכנולוגיות המבטיחות החדישות עבור ייצור כוננים קשיחים עתידיים.”

בצורה מסוימת, שיטה זו מתאימה ביותר לייצור כוננים קשיחים והתקנים דומים לאחסון מידע הדורשים תבניות מודפסות אחידות ביותר – בדיוק סוג האפיון המתקבל בקלות כה רבה ע”י הקופולימרים. יחד עם התקדמויות נוספות, השיטה עשויה להיות מועילה גם עבור תכנון ועיצוב של תבניות מורכבות יותר, כגון מיקרו-שבבים (microchips).

“לתוצאות אלו משמעויות עמוקות לקידום הביצועים והיכולות של חומרים מודפסים ותהליכים מעבר למגבלות עכשוויות,” מסביר החוקר הראשי.