طريقة تصنيع جديدة لشرائح المعالجات الحاسوبية تسمح بزيادة مفاجئة في أداء المعالجات
يستمر صانعوا الشرائح الحاسوبيَّة بالسعي وراء حصر أكبر عدد ممكن من الترانزستورات*(1) ضمن مساحة أقل، وحتى الآن يقترب حجم تلك الترانزستورات من الحجم الذري، حيث هناك حدود فيزيائيَّة تُحدِّد صغر الحجم القادرين على صنعه لصنع أنماط الدارات الكهربائيَّة.
وبالاستفادة الآن من رقائق الجرمانيوم المغطاة بطبقة من الجرافين النقي فعليًا، وهو عبارة عن مادة مكوَّنة من طبقة وحيدة من ذرات الكربون لا يتجاوز سمكها حجم ذرة واحدة، وقد قام فريق من جامعة ويسكونسن ماديسون وجامعة شيكاغو بوضع أبسط طريقة لاستخدام التجميع الذاتي الموجَّه وبأقل تكلفة وقابليَّة لإعادة الاستخدام.
مسح مايكروسكوب إلكتروني لأشرطة كتلة كوبوليمر المجمعة على أنماط كيمياء الجرافين والجرمانيوم مع انحناءات بمقدار 90 درجة (في الجانب الأيسر من الصورة) مع مضاعفة الكثافة بمعامل 10 (في الجانب الأيمن من الصورة). الخطوط المنقطة باللون الأسود (في الجانب الأيمن) تشير إلى فترة نمط كيمياء الجرافين والجرمانيوم، فترة تجميع كتلة كوبوليمر خفضت بمعامل 10 نتيجة مضاعفة الكثافة. نطاق الأشرطة 200 نانو متر
فالتجميع الذاتي الموجَّه هو عبارة عن تقنية نانويَّة واسعة النطاق تستطيع زيادة كثافة أنماط الدارات الكهربائيَّة والالتفاف حول بعض القيود المفروضة على عمليات الطباعة الحجريَّة التقليديَّة للدارات الكهربائيَّة على شرائح من أشباه الموصلات كالسيليكون.
وقام كُلٌّ من المهندس الكهربائي (زينكيانج جاك ما- Zhenqiang Jack Ma)، ومهندس المواد (ميشيل أرنولد- Michael Arnold ) من جامعة ويسكونسن ماديسون، والمهندس الكيميائي (بول نيلي- Paul Nealey) من جامعة شيكاغو مع طلابهم بنشر تفاصيل التقدُّم الذي وصلوا إليه في شهر آب/أغسطس في الطبعة السادسة عشر من مجلة «Scientific Reports».
ويمكن أن يدل عملهم هذا على زيادة الأداء الوظيفي لإلكترونيات أشباه الموصلات وزيادة في القدرة على تخزين البيانات.
وللوصول لحجم فائق الصغر واللازم للدارات الكهربائيَّة في المستقبل في مجال إلكترونيات أشباه الموصلات، قامت الشركات المصنِّعة بتطوير التجميع الذاتي الموجَّه والذي يُمَكِّن عملية التصنيع المعقَّد، وترتيب أنماط البوليمر بشكل متقن من أجل الدارات الكهربائيَّة.
وقد استخدم الباحثون التقنيات الكيميائيَّة التقليديَّة لأجل التجميع الذاتي الموجَّه وذلك لتعريف النمط المحدد مسبقًا.
حيث يتضمن التجميع الذاتي الموجَّه استخدام كتلة الكوبوليمر والتي تقوم بتجميع بعضها البعض إلى أشكال نظاميَّة ومعروفة.
والتي تتكوَّن بدورها من عدة كتل منفصلة عن بعضها البعض ولكن ما إذا تم توجيهها عبر موجه كيميائي مصنوع بتقنية الطباعة الحجريَّة تقوم بالتجمُّع وفق النمط المحدد.
وطريقة الباحثون الجديدة هذه سريعة جدًا، وتُقلِّل من عدد الخطوات اللازمة للعمليَّة لخطوتين فقط هما: الطباعة الحجريَّة والنقش البلازمي.
-تستخدم أنماط الكيمياء المؤلفة من أشرطة الجرمانيوم والغرافين بالتناوب (في الجانب الأيسر من الصورة) لتوجيه التجميع الذاتي لكتلة كوبوليمرات في نمط مرتب بشكل جيد (في الجانب الأيمن). الصورة العليا هي المخططات بينما الصورة السفلى هي المسح المايكروسكوبي الإلكتروني. نطاق الأشرطة يساوي 200 نانو متر-
استخدم الباحثون الطباعة الحجرية للإثبات الأولي لتقنيتهم وذلك باستخدام شعاع الإلكترون وتقنيَّة النقش البلازمي المعتدل لحفر أشرطة جرافين بسماكة ذرة واحدة على شريحة الجرمانيوم.
ثم قاموا بتغليف الشريحة بكتلة بوليمير معروفة تُدعى كتلة بولي البوليسترين «ميتاكريليت الميثيل».
فعند تسخينها تقوم كتلة البوليمر بعملية التجميع الذاتي بشكل كامل في عشر دقائق فقط، مقارنة بالثلاثين دقيقة المستخدمة في الطرق الكيميائيَّة التقليديَّة، وبعيوب أقل.
ويعزو الباحثون هذه السرعة بالتجميع إلى نحو سلس وجامد وإلى الأسطح البلوريَّة من الجرمانيوم والجرافين.
وتتخذ هذه الطريقة الجديدة إيجابيات ظاهرة تُدعى مضاعفة الكثافة.
فقد استخدم الباحثون الطباعة الحجرية باستخدام شعاع الإلكترون لخلق أول قالب كبير مع أنماط متفرقة والتي تقود توجه كتلة البوليمرات.
فعندما وجهوا كتلة البوليمر للتجميع الذاتي، حدث ذلك بطريقة عزَّزت من دقة القالب الأصلي، وفي هذه الحالة، بمعامل 10.
وقد كان أفضل تعزيز سابق بواسطة مضاعفة الكثافة بواسطة المعامل 4.
بينما أنماط الأشرطة كانت إثبات بسيط للتقنيَّة، كما أظهر أيضًا الباحثون عملهم بمعماريَّة مُعقَّدة أو أنماط غير مُنتظمة، بما فيها تلك مع الانحناءات الغير مُتوقعة بمقدار 90 درجة.
كما تُوفِّر هذه القوالب بديلًا رائعًا للأنماط الكيميائيَّة التقليديَّة المتكوِّنة من حصر البوليمر والفرش، كما تُوفِّر حركيَّة تجميع أسرع وتُوسِّع نافذة المعالجة، وأيضًا تُوفِّر قالبًا قويًا كيميائيًا وميكانيكيًا وصلبًا وموحدًا مع تعريف واجهات فيزيائيَّة دقيقة ومُعرَّفة بشكل جيد.
كما أنَّ هذه التقنية تُمكنهم من دمج أبسط عمليات معالجة طرق الطباعة الحجريَّة التقليديَّة «من أعلى إلى أسفل» مع مزايا التجميع الذاتي «أسفل-أعلى» وأعظم مضاعفة للكثافة، كما وتُوفِّر طريقًا واعدًا للإنتاج على نطاق واسع ضمن تكلفة مُخفَّضة بشكل كبير.
ويقول جاك ما:
«استخدام قالب الجرافين بسماكة ذرة واحدة لتوجيه التجميع الذاتي للبوليمر يُعدُّ هو الإنتاج الشامل المتوافق، وبواسطته فتحنا الباب أمام ميزات أصغر ».
*(1) الترانزستور: (أي مُقاوِمُ النَقْل) وهو بلورة من مادة شبه موصل مطعمة بالجرمانيوم أو السيليكون تحتوي على بلورة رقيقة جدًا بحيث تكون المنطقة الوسطى منها شبه موصل موجب أو سالب وتسمى القاعدة بينهما المنطقتان الخارجيتان من النوعية المخالفة وله قدرة كبيرة على تكبير الإشارات الإلكترونية.
إعداد: نغم الماغوط
تدقيق: هبة فارس
المصدر
