התקן קטן גדול

 

 

מירוץ המיזעור של תעשיית המיקרו-אלקטרוניקה הפך לאחת מ"עובדות החיים" המאפיינות את המציאות המודרנית. אבל, גם מירוצים ארוכים מאוד מסתיימים לפעמים. כך, למשל, קו הגמר במירוץ המיזעור של התקנים אלקטרוניים בתצורת טרנזיסטור דו-קוטבי נקבע באחרונה הודות לתלמיד המחקר שחר ריכטר ממכון ויצמן למדע. לאחר שניבא את גבול המיזעור על סמך שיקולים תיאורטיים פשוטים, הצליח ריכטר לייצר התקן בתצורת טרנזיסטור דו-קוטבי שהוא הזעיר בעולם, ולמעשה, הקטן ביותר האפשרי מסוגו. ההתקן עשוי נחושת-אינדיום דו-סלנית, וקוטרו חמש מאיות המיקרון (מיקרון הוא אלפית המילימטר), כלומר, כאלפית מעוביה של שערת אדם, וכשליש מגודלו של הטרנזיסטור הקטן ביותר שמיוצר כיום.

 

עבודת המחקר של ריכטר בוצעה בהנחייתם של פרופ' דוד כאהן מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע וד"ר ישי מנסן, שהיה באותה עת חוקר בכיר במחלקה לפיסיקה כימית במכון, ובאחרונה עבר לאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, שם הוא מכהן כפרופסור לפיסיקה. במחקר השתתף גם ד"ר סידני כהן מהמחלקה לשירותים כימיים של מכון ויצמן למדע.

 

לצורך בניית ההתקן האלקטרוני הזעיר הפעילו החוקרים מיקרוסקופ כוח אטומי, שאינו כולל עדשות כלשהן, והוא, למעשה, עיוור המגשש את פני השטח של החומר באמצעות מחט זעירה ה"חשה" את האטומים והמולקולות שבקצה החומר. מחט זו מעבירה את "תחושותיה" למערכת ממוחשבת שמתרגמת את ה"תחושות" לתמונות הנראות על מרקע המחשב. כאשר מזרימים ב"מחט הגישוש" הזעירה זרם חשמלי בעוצמה קטנה, יכולה המחט לשנות את מיקומיהם של אטומים מסוימים בחומר הנדגם. יכולת זו נוצלה בעבר לשינוי מיקומיהם של האטומים רק בשני ממדים (כלומר, רק על פני השטח של החומר הנדגם). אבל ריכטר, שיישם ממצאים ממחקר קודם של פרופ' דוד כאהן, הצליח להשתמש במיקרוסקופ הכוח האטומי לשינוי תלת-ממדי במיקומיהם של אטומים בחומר מוליך למחצה.

 

באמצעות הפעלת המתח החשמלי הצליח ריכטר לשנות את מיקומיהם של כמאתיים אטומים האחראיים לכושר הולכת הזרם החשמלי של החומר (אטומים אלה מכונים "מזהמים"). הפסקת המתח יצרה בחומר אזורים בעלי כושר מוליכות שונה - ולהיווצרותה של תצורת הטרנזיסטור. בהמשך פיתח ריכטר דרך חדשה למיפוי כושר ההולכה של החומר המרכיב את הטרנזיסטור. כבר עתה נראה כי שיטת מדידה זו (שפותחה, באותו זמן ובאופן עצמאי גם על-ידי קבוצה של מדענים בבלגיה), עשויה לשמש כלי חשוב באפיון רכיבי האלקטרוניקה הזעירים של העתיד.