צוות מחקר מאוניברסיטת נורת’ווסטרן (Northwestern University, NU) הצליח לשרטט 15,000 דפוסים זהים של ציור בעזרת קרניים זערוריות של אור בזכות שיטת ננו-ייצור חדשנית המכונה “ליתוגרפיית עט-אלומה”
צוות מחקר מאוניברסיטת נורת’ווסטרן (Northwestern University, NU) הצליח לשרטט 15,000 דפוסים זהים של ציור בעזרת קרניים זערוריות של אור בזכות שיטת ננו-ייצור חדשנית המכונה “ליתוגרפיית עט-אלומה” (beam-pen lithography, BPL).
השיטה החדשנית מספקת אמצעי מהיר וחסכוני לתכנון והכנה של מעגלים חשמליים, רכיבי אופטו-אלקטרוניקה והתקנים לאבחון רפואי וטמונים בה יישומים רבים אחרים בתחום האלקטרוניקה, הפוטוניקה והתעשיות של מדעי החיים. פרטים לגביי השיטה החדשה פורסמו בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology.
“הכל סובב סביב מזעור”, אמר Chad A. Mirkin, פרופסור לכימיה וראש המכון הבינלאומי לננוטכנולוגיה באוניברסיטה. “העברה מהירה בנפחים גדולים של מידע מניעה כיום את העולם. אולם, אמצעי ננו- ומיקרו-הייצור הרגילים יקרים ביותר. אנו מנסים להתגבר על המכשלה הזו באמצעות גישה חדשה לפוטו-ליתוגרפיה וננו-עיצוב.”
באמצעות ליתוגרפיית עט-אלומה, החוקרים הצליחו לשרטט 15,000 שכפולים של ציור קו-הרקיע של שיקגו בו-זמנית תוך חצי שעה. 15,000 עטים זערוריים שרטטו את קווי-הרקיע ע”ג סנטימטר ריבועי של מרחב. שיטות ננו-עיצוב רגילות, כגון ליתוגרפיית אלומת-אלקטרונים, אומנם מאפשרות לייצר מבנים זערוריים שכאלו, אולם התפוקה שלהן קטנה והן לא מאפשרות ננו-ייצור בקנה-מידה גדול.
כל דפוס של קו-הרקיע מורכב מ- 182 נקודות, כאשר כל נקודה היא בקוטר של 500 ננומטרים, בדומה לקוטר של חוד העט. זמן ההקרנה של כל נקודה היה 20 שניות. השיטה הזו מאפשרת לחוקרים לייצר מבנים זעירים בגודל של 150 ננומטרים, אולם שיפורים במבנה העט יוכלו, ככל הנראה, להגדיל את כושר-ההפרדה עד למאה ננומטרים או פחות. למרות שממצא זה לא דווח במאמר, החוקרים הצליחו ליצור מערך של 11 מיליוני עטים ע”ג פיסה בגודל של מספר סמ”ר בלבד.
עט-אלומה הוא הסוג השלישי של “עט” באוסף אמצעי ננו-הייצור של מירקין. הוא פיתח ליתוגרפיית עט-פולימר (polymer-pen lithography, PPL) בשנת 2008 וננו-ליתוגרפיית עט-טבילה (Dip-Pen Nanolithography, DPN) בשנת 1999, אשר שניהם משמשים להעברת כימיקלים למשטח ומאז מוסחרו ומשמשים כאמצעי ננו-ייצור הנפוצים היום ב- 23 מדינות ברחבי העולם.
בדומה לשיטת ה- PPL, ליתוגרפיית עט-אלומה משתמשת במערך של עטים זערוריים המורכבים מפולימר לשם “הדפסת” תבניות ע”ג משטחים נרחבים ברמת-הפרדה ננומטרית עד מקרוסקופית. אולם, במקום להשתמש ב”דיו” של פרודות, השיטה משרטטת תבניות באמצעות אור ע”ג חומר הרגיש לאור.
כל עט מעוצב בצורת פירמידה כאשר ראש הפירמידה משמש כחוד. החוקרים ציפו את כל הפירמידה בשכבה דקיקה של זהב ואז הסירו כמות קטנה של זהב מהחוד. הבסיס הרחב הפתוח של הפירמידה (הקצה השני של המבנה) נחשף לאור, והפירמידה מכוסת-הזהב מנתבת את הקרינה לעבר החוד. מחוד זה נפלטת אלומה צרה של אור החושפת את החומר הרגיש לקרינה בכל נקודה ונקודה בו. כך מתאפשר לחוקרים לשרטט תבניות בקלות ובדיוק עצום.
“יתרון נוסף הוא שאין צורך להשתמש בכל העטים בבת-אחת – אנו יכולים “לכבות” חלק מהם ו”להדליק” אחרים,” הסביר החוקר. “מאחר וראשי הפירמידות הם בגודל מיקרוני, ניתן לשלוט בכל אחד ואחד מהם בנפרד.”
“השיטה תקדם פיתוח התקנים שיוכלו לאפשר לחוקרים באוניברסיטאות ובתעשיית האלקטרוניקה ברחבי העולם לתכנן במהירות אב-טיפוס – ואולי אפילו לייצר – התקני אלקטרוניקה ומערכות בעלי כושר-הפרדה גבוה היישר במעבדה,” אמר החוקר הראשי. “חוקרים מעוניינים לבחון את פעילות התבנית שלהם באופן מידי ולא להמתין לייצור אב-טיפוס שלה ע”י גורם שלישי, שזהו המצב הקיים היום.”
2 תגובות
אלו לא 182 נקודות המסודרות בקו ישר. כל הציור כולו הוא ס”הכ 182 נקודות המסודרות בצורת קו הרקיע.
“כל דפוס של קו-הרקיע מורכב מ- 182 נקודות, כאשר כל נקודה היא בקוטר של 500 ננומטרים, בדומה לקוטר של חוד העט. זמן ההקרנה של כל נקודה היה 20 שניות. השיטה הזו מאפשרת לחוקרים לייצר מבנים זעירים בגודל של 150 ננומטרים”
משהו בחשבון לא כל כך מסתדר לי… 182 נקודות כשכל אחת היא חצי מיקרון אומר שהאורך הכללי של זה הוא 91 מיקרון. עם 15 אלף כאלה הגענו לכמעט אחד וחצי ס”מ וזה רק הגודל של הציור. לפי התמונה יש לו גם נפח ובין הציורים יש מרחק והללו גדולים בהרבה משטחו של הקו עצמו. אני לא רואה איך האופרציה הזו יושבת על ס”מ רבוע אחד.
בברכת חברים,
עמי בכר