כלי מדידה חדש ברמה הננו עושה שימוש ביונים של הליום

חוקרי המכון הלאומי לסטנדרטים וטכנולוגיות (NIST) של ארה”ב בוחנים טכנולוגיה מיקרוסקופית חדשה אשר תעזור לשפר דיוק מדידות ברמות ננו, המיקרוסקופ החדש עושה שימוש ביוני הליום ובעתיד אף יחליף את מיקרוסקופ האלקטרונים

שיפור טכניקות מדידה ברמת הננו הוא שלב קריטי לקביעת סטנדרטים ושיפור הייצור בתעשיית המוליכים למחצה ובתעשיות ייצור בתחום הננו.

המיקרוסקופ החדש עושה שימוש בטכנולוגיה הנעזרת ביונים של הליום, היונים יוצרים אותות אשר משמשים ליצירת תמונה של גופים קטנים ביותר, בדומה לטכנולוגיה מקבילה במיקרוסקופ אלקטרונים אשר הוצע באופן מסחרי במהלך שנות ה-60. באופן פרדוקסלי, למרות שיונים של הליום גדולים יותר מאלקטרונים, הם יכולים לספק תמונה ברזולוציה גבוהה יותר ובעלת ניגוד (קונטרסט) גבוה יותר.

מבחינת הפיסיקה של הטכנולוגיה, יוני ההליום הם בעלי מסה גדולה יותר ואורך גל קטן יותר מאלקטרונים ולכן הם יוצרים תמונה טובה יותר. לדברי המפתחים, איכות התמונה כה טובה עד כי נראה כאילו היא תלת מימדית, וזה חושף פרטים הקטנים מננומטר  – שווה ערך למרחק של 3 אטומים בגביש סיליקון (silicon crystal).

המכון הלאומי לסטנדרטים וטכנולוגיות (National Institute of Standards and Technology) מנסה להבין את המנגנון במרכז הטכנולוגיה. היתרון הבולט ביותר של מיקרוסקופ מבוסס יוני הליום הוא שהתמונה מציגה את הקצוות הממשיים של החומר הנצפה. הדבר קריטי בתעשיית הייצור מאחר ובמידה ולא יודעים במדוייק היכן קצה החומר. משמעותו של אי דיוק זה עלולה להסתכם בעלות של אלפי דולרים ליצרן. הדיוק הזה חשוב לתעשיות היי-טק דוגמת תעשיית המוליכים למחצה, המשקיעה מאות מיליוני דולרים במיקרוסקופים אלקטרוניים המשולבים בקווי הייצור, זאת על מנת לשלוט באופן מדוייק יותר על שלבי הייצור של המיקרו-מעבדים.

מכון NIST קיבל בקיץ שעבר את מיקרוסקופ יוני ההליום המסחרי הראשון המכונה “אוריון”. המיקרוסקופ עבר סדרה של בדיקות במעבדת המדידה המתקדמת של המכון (Advanced Measurement Laboratory), אחד ממתקני המדידה המתקדמים ביותר בעולם בה מפקחים באופן מבוקר על הטמפרטורה, הלחות ויברציות ותנאים סביבתיים נוספים. המסקנות שהוסקו במעבדה עברו חזרה לייצרן (Carl Zeiss Inc) לצורך שיפור המיקרוסקופ ובכך ליצור מכשיר מדידה מדוייק ביותר עבור NIST והתעשייה כולה.

אחת התרומות של NIST לפיתוח המיקרוסקופ החדש היא בכל הקשור לטכניקת “התמונה המהירה”. תנודתיות ברמת הננו יוצרת פעמים רבות תמונות מטושטשות, בדומה למצב בו מצלמים אנשים בתנועה. חוקרי המכון הצליחו להתגבר על הבעיה בעזרת צילום מספר רב של תמונות ושילובן בתמונה אחת בעזרת אלגוריתם מתוחכם אשר הסיר את מרבית הטשטוש ויצר תמונה באיכות גבוהה.

לאחרונה שיפר היצרן את טלסקופ יוני ההליום והוציא את “אוריון פלוס” המשלב את מרבית השיפורים שהוצעו על ידי וכולל מערכת קירור הליום משופרת המגדילה את איכות התמונה.

לסיכום ניתן לומר כי למרות שאנו חיים בעולם קפיטליסטי בו כוחות השוק אמורים לעשות את שלהם, לממשלה יש תפקיד מרכזי בהכוונת התעשייה כולה. המכון האמריקאי לסטנדרטים וטכנולוגיות היא סוכנות פדרלית הכפופה למחלקת המסחר של ארה”ב ומטרתה לקדם את הקידמה והחדשנות האמריקאית על ידי יצירת סטנדרטים למדידה מדעית. במקרה הנ”ל ניתן לראות איך סוכנות פדרלית מצליחה לכוון את כל ענף הננו-טכנולוגיה על ידי שיפור טכניקות המדידה של חומרים ברמת הננו. השאלה הנשאלת היא מה מדינת ישראל יכולה ללמוד מהמקרה הזה?

• להודעה לעיתונות באתר סיינס-דיילי
• אתר NIST