طبقات سيليكون مسطحة للغاية

قام الباحثون في جامعة كورنيل بإنشاء أسطح سيليكون مثالية في أنبوب اختبار

الدكتور. موشيه نحماني
السيليكون هو "العمود الفقري" لصناعة الإلكترونيات، ويستخدم كمادة أساسية لتطوير الترانزستورات الصغيرة التي تمكن من تشغيل الساعات الرقمية وأجهزة الكمبيوتر. والآن نجح العلماء في إنتاج طبقات سيليكون مسطحة بسماكة ذرة واحدة تقريبا، بنفس البنية المستخدمة في صناعة الإلكترونيات، عن طريق تفاعل بسيط في درجة حرارة الغرفة. يمكن استخدام طبقات السيليكون المسطحة هذه في المستقبل لتطوير أجهزة الاستشعار البيولوجية والكيميائية.

تقول الباحثة الرئيسية ميليسا هاينز، الكيميائية في جامعة كورنيل: "في الواقع، قمنا بإنشاء أسطح سيليكون مثالية في أنبوب اختبار". لقد ابتكر الباحثون بالفعل أسطح سيليكون مثالية في الماضي، لكن عملهم السابق ركز على أسطح السيليكون المصقولة على طول المستوى البلوري والتي لم تكن تستخدم في صناعة الإلكترونيات. تمكنت مجموعة البحث من إنتاج أسطح مسطحة على طول التكوين البلوري المستخدم في الصناعة اليوم.

يعد اكتشاف العلماء هذا بمثابة مفاجأة إلى حد ما. ويعتقد الباحثون في هذا المجال أن عملية الصهر التي استخدمها الفريق لتنظيف السيليكون تركت الأسطح خشنة ووعرة. كانت الباحثة الرئيسية تكتب ورقة مراجعة في نفس الوقت وطلبت من أحد طلابها تصوير السطح الناتج باستخدام مجهر المسح النفقي (STM) القادر على محاكاة الأسطح ذات المقياس الذري. يقول الباحث الرئيسي: "عندما نظرنا إلى السطح، أدركنا بشكل غير متوقع أننا كنا ننظر في الواقع إلى سطح مستو للغاية".

وأظهرت الصورة المجهرية الناتجة سطحًا مبطنًا يبلغ سمكه ذرة واحدة. وباستخدام أدوات قياس إضافية للمحاكاة الحاسوبية والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء، قرر الباحثون أن ذرات السيليكون الموجودة في الصف كانت متصلة عند نهاياتها بذرات الهيدروجين التي تعمل كشمع، مما يمنع السطح من التفاعل بمجرد تعرضه للهواء. يوضح الباحث الرئيسي: "هذا يعني أنه إذا أخذت هذا السطح المسطح، وقمت بإزالته من المحلول المائي وغسله من المواد المتفاعلة، فيمكن تركه في الهواء لمدة 20-10 دقيقة دون أن يبدأ في التفاعل".

ويعتقد الباحثون أن أحد أسباب بقاء أسطح السيليكون الخاصة بهم مسطحة للغاية هو أنهم غمسوا الأسطح في المحلول وأزالوها منه كل 15 ثانية، مما منع الفقاعات التي تشكلت أثناء التفاعل من التراكم والتسبب في هضم غير متساوٍ.

وفي الوقت نفسه، يعرفون أيضًا بفضل الصور التي التقطها مجهر STN والتي ساعدتهم على فهم مدى استواء الأسطح حقًا. "من وجهة نظر تجريبية، التجربة بسيطة للغاية: تأخذ قطعة من السيليكون، وتخلطها في كوب زجاجي يحتوي على محلول، ثم تخرجها وتنظر إليها بالمجهر. "لأكون صادقًا، ليس هناك سبب للاعتقاد بأن Bell Labs لم تصنع أسطحًا بجودتنا منذ 20 عامًا، لكنهم لم يفكروا في النظر إليها بالمجهر، لذلك لم يكشفوا عنها"، يشير الرصاص. الباحث.

ويعمل فريق البحث حاليًا على إضافة جزيئات مختلفة إلى سطح السيليكون المسطح على أمل تطوير أجهزة استشعار كيميائية وبيولوجية جديدة.
أخبار الدراسة