שכבות סיליקון שטוחות במיוחד

חוקרים בקורנל יצרו משטחי סיליקון מושלמים בתוך מבחנה

דר. משה נחמני
סיליקון הוא “סוס העבודה” של תעשיית האלקטרוניקה, ומשמש כחומר הבסיסי לפיתוחם של טרנזיסטורים זעירים המאפשרים את פעילותם של שעונים דיגיטליים ומחשבים. עתה, מדענים הצליחו לייצר שכבות סיליקון שטוחות בעובי של כמעט אטום יחיד, באותו המבנה המשמש בתעשיית האלקטרוניקה, וזאת ע”י תגובה פשוטה בטמפרטורת החדר. שכבות סיליקון שטוחות אלו תוכלנה לשמש בעתיד עבור פיתוחם של חיישנים ביולוגיים וכימיים.

“למעשה, יצרנו משטחי סיליקון מושלמים בתוך מבחנה,” אומרת החוקרת הראשית, Melissa Hines, כימאית מאוניברסיטת קורנל. חוקרים כבר יצרו בעבר משטחי סיליקון מושלמים, אולם עבודתם הקודמת התמקדה במשטחי סיליקון שלוטשו לאורך מישור הגביש שלא שימש בתעשיית האלקטרוניקה. קבוצת המחקר הצליחה לייצר משטחים שטוחים לאורך תצורת הגביש המשמשת היום בתעשייה.

תגליתם זו של המדענים מהווה הפתעה מסוימת. החוקרים בתחום סברו כי תהליך ההמסה שבו השתמש הצוות לנקות את הסיליקון משאיר את המשטחים מחוספסים וגבשושיים. החוקרת הראשית כתבה באותו הזמן מאמר סקירה וביקשה מאחד מהסטודנטים שלה לצלם את המשטח שהתקבל באמצעות מיקרוסקופ מינהור סורק (STM) המסוגל לדמות משטחים בקנה מידה אטומי. “כאשר הסתכלנו על המשטח הבנו באופן בלתי צפוי כי אנו מביטים בעצם במשטח שטוח במיוחד,” אומרת החוקרת הראשית.

תמונת המיקרוסקופ שהתקבלה הראתה משטח בעל שורות בעובי של אטום יחיד. באמצעות שימוש בכלי מדידה נוספים של הדמיות מחשב וספקטרוסקופיית אינפרא-אדום, החוקרים קבעו כי אטומי הסיליקון בשורה היו מחוברים בקצותיהם לאטומי מימן שתיפקדו בתור שעווה, דבר שמנע מהמשטח מלהגיב ברגע שהוא נחשף לאוויר. “המשמעות של כך היא שאם לוקחים את המשטח השטוח הזה, מוציאים אותו מהתמיסה המימית ושוטפים אותו מהמגיבים, ניתן להשאיר אותו באוויר למשך 20-10 דקות מבלי שהוא יתחיל להגיב,” מסבירה החוקרת הראשית.

החוקרים מאמינים כי אחת מהסיבות לכך שמשטחי הסיליקון שלהם נותרו כה שטוחים טמונה בכך שהם טבלו את המשטחים בתוך התמיסה והוציאו אותם ממנה מדי 15 שניות, מה שמנע מהבועות שנוצרו במהלך התגובה מלהצטבר ולגרום לאיכול בלתי אחיד.

יחד עם זאת, הם מכירים תודה גם לתמונות ממיקרוסקופ ה-STN שסייעו להם להבין עד כמה באמת שטוחים היו המשטחים. “מבחינה ניסויית, הניסוי די פשוט: אתה לוקח פיסת סיליקון, מערבב אותה בתוך כוס זכוכית המכילה תמיסה, ואז מוציא אותה ומסתכל עליה בעזרת המיקרוסקופ. אם להיות כנים, אין כל סיבה להאמין כי מעבדות Bell לא יצרו משטחים באיכות שלנו כבר לפני 20 שנים, אולם הם לא חשבו להביט בהם בעזרת מיקרוסקופ, כך שהם לא חשפו זאת,” מציינת החוקרת הראשית.

צוות המחקר עובד כעת על הוספת מולקולות שונות למשטח הסיליקון השטוח בתקווה לפתח חיישנים כימיים וביולוגיים חדשים.
הידיעה על המחקר