יבמ חשפה פריצת דרך בתחום ההדפסה בננו טכנולוגיה

מעבדת המחקר של יבמ בציריך הרכיבה את סמל הזהב של האלכימאים – מודפס מ- 20,000 חלקיקי זהב ברזולוציה של 100,000 נקודות לאינטש

מדענים במעבדות המחקר של יבמ בציריך פיתחו טכנולוגיית הדפסה חדשה, מדוייקת ויעילה בקנה מידה של ננו-חלקיקים. השיטה עשוייה לקדם את תהליכי הפיתוח של חיישנים ביולוגיים, עדשות המסוגלות לכופף את מסלול התנועה של אור בתוך שבבים אופטיים, ולאפשר ייצור של ננו-חוטים מוליכים, שיהוו את הבסיס לשבבי המחשב בדורות טכנולוגיים עתידיים.

המדענים של יבמ הצליחו לראשונה להדפיס חלקיקים בגודל של 60 ננו-מטר – כמאית מגודלו של תא-דם אדום בגוף האדם. ההדפסה מתבצעת במגוון גמיש של מערכים ומבנים – החל מקווים ישרים ועד לתמונות מורכבות. אם לתרגם את רמת ההפרדה (רזולוציה) בהדפסה הזאת למונחים של נקודות לאינטש (dpi), המוכרים לנו מעולם הדפוס הרגיל – הרי שמדובר בהדפסה ב- 100,000 נקודות לאינטש, לעומת 1,500 נקודות בדפוס אופסט רגיל.

על מנת להוכיח את יעילות שיטת ההדפסה שלהם, הדפיסו מדעני יבמ את תמונת השמש של רוברט פלאד, צייר בן המאה ה- 17, אשר שימשה את האלכימאים בני דורו כסמל לזהב. ברוח זו, השתמשו החוקרים לצורך ההדפסה בכ- 20,000 חלקיקי זהב, שכל אחד מהם בקוטר 60 ננומטר, על מנת לבנות את התמונה הקטנה ביותר שהודפסה אי-פעם באמצעות חומר אחד בלבד.

שיטות היצור הסטנדרטיות המוכרות כיום, מבוססות על “גילוף” של חתיכות גדולות יותר של חומר, על מנת להפיק מהן ננו-חלקיקים. הדפסה, לעומת זאת, מוסיפה חלקיקים מוכנים מראש ומציבה אותם על גבי משטח היעד, בדרך יעילה המאפשרת גם שילוב חומרים שונים דוגמת מתכות, פולימרים, מוליכים למחצה או תחמוצות.

ההישג המדעי החדש נחשף בגיליון ספטמבר של כתב העת המדעי Nature Nanotechnology. זמינות הטכנולוגיה החדשה עשוייה לקדם את העבודה והמחקר במגוון רחב של תחומים דוגמת ביו-רפואה, אלקטרוניה וטכנולוגיות מידע, המחפשים אחר דרכים לניצול היכולות הייחודיות של חומרים במימדי ננו: חלקיקים הקטנים יותר מ- 100 ננו-מטר (עשירית המיקרון).

עולם הביו-רפואה עשוי לנצל את הטכנולוגיה החדשה על מנת להדפיס כמות גדולה של חיישנים המסוגלים לזהות סוגים שונים של תאים או סמנים ביולוגיים, לצורך אבחון מהיר של מחלות מתוך דגימות תאים קטנות במיוחד.

ננו-חלקיקים יכולים גם לפעול בשילוב עם אור. שיטת הייצור חדשה המבוססת על הטכנולוגיה המפותחת ביבמ עשוייה לאפשר הדפסת חומרים אופטיים בעלי יכולות חדשות, ושימוש בהם ברכיבים אופטו-אלקטרוניים. כך, אפשר להדפיס גם מבנים קטנים במימדיהם עוד יותר מאורך גל נתון – ולהשתמש ברכיב המודפס כעדשה בודדת לכל דבר.

עולם המיקרואלקטרוניקה נהנה גם הוא מהבטחה חדשה עם זמינותו של תהליך הדפסה כזה. באחד הניסויים הצליחו החוקרים למקם באופן מבוקר חלקיקים המאפשרים לגדל בתהליך של הצמחת גבישים חיווט-ננו, העשוי להוות בסיס לטרנזיסטורים ולמיקרו-שבבים.

לעומת תהליכי הדפסה מסורתיים, בהם נמרח דיו על פני משטח מחורץ, מתבצעת הדפסת הננו בתהליך של יבמ באמצעות איסוף וארגון חלקיקים על גבי תבנית ההדפסה – והעברתם משם אל משטח היעד, בדיוק ובהפרדה גבוהים בשלושה סדרי גודל מאלה של הדפסה רגילה.

החוקרים של יבמ בחנו בהצלחה אפשרויות הדפסה של קווי-מוליך צפופים במיוחד, העשויים לשמש בעולם האלקטרוניקה המולקולארית, הדפסת חלקיקים במרווחים קבועים העשויים לשמש תשתית לגידול גבישים וטרנזיטורים, ומבנים מורכבים דוגמת תמונת השמש. בשלב הבא, צפוי המחקר להתמקד בשיפור התהליך על מנת להפיק רמות דיוק גבוהות עוד יותר, דוגמת אלה שיידרשו בשילוב עם מיקרואלקטרוניקה, והדפסת חלקיקים קטנים עוד יותר.

לידיעה באתר מעבדת יבמ בציריך