בדרך לאלקטרוניקה מולקולרית

טכנולוגיה שפותחה בטכניון עשויה להחליף את שבבי הסיליקון בעולם האלקטרוניקה. הפיתוח מתפרסם בכתב העת Nature Communications

פרופ' יובל יעיש וקבוצת המחקר שלו. צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון.
פרופ' יובל יעיש וקבוצת המחקר שלו. צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון.

מאז גילוין מעוררות CNTs (צינוריות פחמן זעירות) עניין רב בקהילה המדעית בשל תכונותיהן הייחודיות בהיבטים כגון הולכה חשמלית, אופטיקה, חוֹם, תכונות מכניות ורגישות לחומרים כימיים. צינוריות אלה נחשבות לרכיב משמעותי באלקטרוניקת העתיד. לאחרונה הוצג מחשב שלם המבוסס עליהן, ויתכן שבעתיד יוכלו להחליף את שבב הסיליקון כאבן הבניין של האלקטרוניקה.

אחד האתגרים הגדולים בדרך ליישומן של CNTs קשור בצורך לייצרן במיקומים ספציפיים על גבי מצע חלק, בתנאים שיובילו להיווצרותו של מעגל חשמלי סביבן. מאמר המתפרסם בכתב העת Nature Communications מציג פריצת דרך בעניין זה, שהושגה במעבדתו של פרופ' יובל יעיש מהפקולטה להנדסת חשמל על שם ויטרבי ומהמרכז לננואלקטרוניקה על שם זיסאפל בטכניון. הטכנולוגיה שפיתח פרופ' יעיש המייצרת את התנאים האמורים ויתר על כן, מאפשרת גם לחקור את התכונות הדינמיות של צינוריות הפחמן לרבות תאוצה, תהודה (רטט) ומעבר מרכּוּת לקושי.

אחד המכשולים המשמעותיים אם לא המשמעותי ביותר הוא הקושי בלמצוא או למקם צינורית שהקוטר שלה מספר ננומטרים (פי 100,000 קטן משערה). יחד עם המסטרנט גלעד זאבי והדוקטורנט מיכאל שלפמן פיתח פרופ' יעיש טכנולוגיה מהירה, פשוטה, גמישה ולא פולשנית להדמיה אופטית של צינוריות הפחמן. החוקרים מתייחסים לצינוריות האמורות כאל פגם כימי ופיזיקלי על גבי המצע האחיד והחלק. פגם זה משמש כמצע להתגבשות וגדילה של ננו-גבישים אורגניים גדולים יותר, שאותם אפשר לראות ולחקור במיקרוסקופ אופטי שגרתי (בניגוד ל-CNTs, הקטנות מדי). מאחר שהננו-גבישים אינם נקשרים לצינוריות, אפשר לאדותם לאחר מכן ולהשאיר את המשטח חלק, בלי לפגוע בתכונותיהן החשמליות והמכניות של צינוריות הפחמן.

 תמונת מיקרוסקופ אופטי של הצטברות מולקולות ה- pNBAעל גבי צינוריות הפחמן הזעירות (CNTs) הצומחות.
תמונת מיקרוסקופ אופטי של הצטברות מולקולות ה- pNBAעל גבי צינוריות הפחמן הזעירות (CNTs) הצומחות.

"המעגל המשולב, הצ'יפ, הוא פריצת הדרך הגדולה ביותר באלקטרוניקה עד כה," מסביר פרופ' יעיש, "ואנחנו מאמינים כי השיטה שפיתחנו תהווה פלטפורמה ישימה לשילוב ננו-אלקטרוניקה בטכנולוגיות סיליקון ואולי אף להחלפתן של טכנולוגיות אלה באלקטרוניקה מולקולרית. CNT היא אבן בניין מדהימה וחזקה מאוד, בעלת תכונות חשמליות, מכניות ואופטיות מופלאות. חלקן מוליכות וחלקן מוליכות-למחצה, ולכן הן נחשבות לתחליף עתידי לסיליקון. התשתית הייחודית שבחדרים הנקיים של מרכז הננואלקטרוניקה בטכניון שבראשותו של פרופ' ניר טסלר מאפשרת לנו לא רק להדגים את העיקרון אלא גם לייצר התקנים מהשורה הראשונה בעולם."

לדברי פרופ' יעיש, השיטות הקיימות כיום לייצור CNT לוקות באיטיות רבה, בעלות גבוהה ובאי דיוק בתוצר – וככלל אינן ישימות לתעשייה. "הגישה שלנו הפוכה מהמקובל. אנחנו מגדלים את ה- CNTs בצורה ישרה, ובעזרת הגבישים האורגניים שמצפים את הצינוריות ניתן לראות אותן במיקרוסקופ בצורה מהירה מאד. לאחר מכן תוכנת מחשב לזיהוי תמונה מוצאת במדויק את מיקום הצינוריות ומתכננת בצורה אוטומטית את המעגל החשמלי האופטימלי ואז ניתן לייצר את ההתקן (הטרנזיסטור). זו האסטרטגיה. היעד הוא שילוב של ננו צינוריות במעגל משולב של רכיבים אלקטרוניים ממוזערים, בעיקר טרנזיסטורים על גבי שבב יחיד (VLSI), שעשויים כאמור להחליף את אלקטרוניקת הסיליקון."

פרופ' יובל יעיש למד באוניברסיטת תל אביב וסיים בהצטיינות תואר ראשון ושני בפיסיקה. את הדוקטורט – בפיסיקה ניסיונית של חומר מעובה – השלים אצל פרופסור אורי סיון בטכניון. את הפוסט-דוקטורט בתחום של אלקטרוניקה מולקולרית עשה באוניברסיטת קורנל בארה"ב.
למאמר המלא

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

8 תגובות

  1. שמעון
    הוכחת לי (שוב) שאנשים דתיים פחות מוסריים מאנשים חילוניים.
    אצל אדם חילוני, אין שום מצב שמצדיק פגיעה באחר "כי הרגש התגבר על השכל".
    הדת, בצורה שאתה מציג אותה, מעוררת בי בחילה.

  2. לאדון יוסי הנכבד
    התורה לא מצדיקה בשום מקום אונס, אלה ההפך מענישה את האונס במתן פיצוי כספי למשפחה (מציע לך לקרוא מאמר בספר כפשוטו על הנושא).
    לעניינו ישנם סיטואציות בחיים שהרגש גובר על השכל ולאדם מן השורה קשה עד בלתי אפשרי לשלוט בו. "גואל הדם" הינו דוג' אחת לכך. אשת יפת תואר (שעל זה מדבר הרבצ"ר) הינו דוג' נוספת.
    זה לא שהתורה בעד אונס (ההפך מכך כאמור) אלא שבמקום שלא ניתן לשלוט על הרגש התורה נתנה הנחה לאותו אדם. יש עוד הרבה מה להרחיב על הסיטואציה הזאת ולא פה המקום.

  3. שני דברים לא לגמרי ברורים לי:

    1. ״אנחנו מגדלים את ה- CNTs בצורה ישרה, ובעזרת הגבישים האורגניים שמצפים את הצינוריות ניתן לראות אותן במיקרוסקופ בצורה מהירה מאד״

    חשבתי שכל הקטע בננו טכנולוגיה זה שהיא זעירה, שכל טרנזיסטור הוא בגודל של כמה אטומים או כמה מולקולות קטנות, כאן נשמע שמדובר על משהו הרבה יותר גדול ומאסיבי שכבר ניתן להבחין בו דרך מיקרוסקופ אופטי… איך זה מסתדר? איפה המזעור כאן?

    2. ״לאחר מכן תוכנת מחשב לזיהוי תמונה מוצאת במדויק את מיקום הצינוריות ומתכננת בצורה אוטומטית את המעגל החשמלי האופטימלי ואז ניתן לייצר את ההתקן (הטרנזיסטור)״

    מעניין, בדרך כלל קודם מתכננים מעגל חשמלי אופטימלי, ואז מסדרים את הרכיבים המעגל לפי התכנון. כאן נראה שהסדר הוא הפוך, קודם מגדלים את הסיבים מננו צינוריות פחמן, ורק לאחר מכן מתכננים את המעגל על פי הצינוריות שנוצרו, זה נשמע תהליך קצת מסורבל ולא יעיל, כאילו קודם מגדלים את צינורות המים, ורק לאחר מכן מתכננים ובונים את הבית סביבם כך שהוא יתאים לצורה של הצינורות.

  4. המאמר נקרא "Automated circuit fabrication " כך שהפרופסור טרח לאפשר יישום שבב. עוד יותר יפה.
    לפיזור הספק – שוב לא ראיתי. זה פרמטר עיקרי. משוואת התנועה של הטרנזיסטור (2) במאמר כוללת אלמנט לא ליניארי – יפה. שונה מטרנזיסטורים רגילים. עושה נחת רוח לראות שמציון תצא תורה. היום פתחתי עיתון וראיתי את בחירת הרב הצבאי הראשי ונותר טעם רע בפה. אלו כוחות אפלים באיצטלה של כבשים בנימוק של פירוש התורה כפי שכתוב בטקסטים בני 4000 שנה,בלי להבין שחלק מהאנושות מנסה להתעדן, להבין ובחלק הזה תקוותינו. אני מסורתי וכתבות כאלה מעוררות חלחלה. אני גם קורא אנשים שמנסים לשכנע את אבי בליזובסקי שאין אבולוציה בחיידקים לאנטיביוטיקה,אלא שיחלוף גנים האופייני רק לחיידקים.
    הכתבה כאן שינתה את הטעם קצת למתקתק.

  5. יפה – המאמר. המאמר פתוח ולא צריך לקנות אותו, מה שהיה מאפס את כמות הקוראים שהיו קוראים אותו דרך הידען. הטכנולוגיה נראית מאד מעשית. לא בהכרח נעשה שימוש בתוצאות חדשות לחומר מעובה אלא למדידות ניסיוניות וחילוץ פרמטרים ניסויי. זה גם מעשי ויפה. אם יצא מזה שבב הכולל גם ננו-שפופרות גרפן עוד יותר יפה.
    לא טרחתי לבדוק את ההספק המתפזר במעגל, את היכולת למקם הרבה מעגלים זה ליד זה, ואת המהירות של המעגלים.
    לגבי מהירות היא מן הסתם מואצת (תדר עבודה) כי עובי התעלה ב FET, מתקצר. לגבי שני הגורמים האחרים – לא טרחתי כאמור לבדוק, והם גורמים חשובים.
    גם בעבר שיבצו טרנזיסטורי סיליקון גרמניום בשבב סיליקון בחלק שדורש הכי הרבה מהירות ערוץ הנתונים החיצוני (front side bus). הפרופסור מציע גישה זהירה לחברת שבבים, קודם לחלק מהשבב ואח"כ לכל השבב.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן