שתף קטע נבחר

הכי מטוקבקות

    המשוכה הבאה של האלקטרוניקה הפלסטית

    השימוש במוליכים-למחצה אורגניים אינו מסתכם רק בצגי מחשב גמישים. בעתיד נוכל למצוא אותם בהתקנים אלקטרוניים לבישים, בחיישנים כימיים, בעורם של רובוטים ובשימושים רבים אחרים. כתבה ראשונה

    החומרים הפלסטיים החזקים, הגמישים, הקלים והזולים הוסיפו בשנים האחרונות תכונה חדשה לרשימת התכונות שלהם: היכולת לשמש כמוליכים-למחצה. היכולת הזאת מאפשרת ליצור מעגלים-משולבים של דיודות וטרנזיסטורים מפלסטיק. צגי מחשב ומרקעים המכילים דיודות אורגניות פולטות אור הכניסו את האלקטרוניקה הפלסטית לשוק, וכעת הבמה מוכנה לעידן הבא, עידן שבו ייכנסו אל חיינו גם אביזרי מחשב המבוססים על פולימרים פלסטיים.

     

    ייתכן שהפלסטיק לא יוכל להתחרות לעולם במהירויות החישוב וביכולת המזעור של שבבי הצורן (סיליקון), אבל הוא יכול להגיע למקומות שאליהם לא יגיע הסיליקון לעולם: תגיות זיהוי זולות במיוחד הפועלות בגלי רדיו, אמצעי אחסון פשוטים לנפח נתונים גדול, צגים זולים, ואולי אפילו חד-פעמיים, או כאלה שאפשר לכרוך אותם סביב עמודים ואביזרי מחשב לבישים. פלסטיק מוליך יוכל להשתלב גם בתאים פוטואלקטריים, בחיישנים כימיים ובחומרים רגישים ללחץ.

     

    היתרון הבולט שיש לטרנזיסטורים אורגניים על פני אלה העשויים סיליקון הוא קלות הייצור שלהם. כדי לבנות שבב סיליקון משוכלל יש צורך בשבועות אחדים של עבודה ובתהליכים מסובכים ויקרים, כמו פוטו-ליתוגרפיה ושיקוע בוואקום. תהליכים אלה מתנהלים בטמפרטורה גבוהה ובחדרים נקיים במיוחד. לעומת זאת, טרנזיסטורים אורגניים אפשר לייצר בתהליכים מהירים וזולים יותר שאינם דורשים תנאים כה מבוקרים. זאת ועוד, העוסקים בתחום מקווים להגיע לתהליך ייצור רציף שהם מכנים "גליל אל גליל" (roll-to-roll) בשל דמיונו לתהליך הדפוס שחולל מהפכה בעולם ההוצאה לאור.

     

    מוליכים-למחצה אורגניים

     

    באלקטרוניקה משתמשים בשני טיפוסים כלליים של חומרים פלסטיים מוליכים. הסוג הראשון עשוי ממולקולות אורגניות קטנות, והאחר מפולימרים שרשרתיים ארוכים ובעלי קשרים מצומדים. פנטאצן (pentacene) הוא דוגמה למולקולה קטנה, הבנויה מחמש טבעות בנזן שמחוברות זו לזו בשורה.

     

    הפולימרים הארוכים בנויים משרשרות בנות מאות או אלפי אטומי פחמן. משמעות המונח "קשרים מצומדים" היא שבין אטומי הפחמן שבשרשרת מחברים קשרים כפולים וקשרים יחידים לסירוגין. אפשר לראות גם את טבעת הבנזן כאילו היא שרשרת קצרה כזאת של קשרים כפולים ויחידים לסירוגין, שבה רק שישה אטומי פחמן, שרשרת האוחזת בזנבה שלה ויוצרת מעגל סגור. אבל תמונת הקשרים הכפולים והקשרים היחידים הבאים זה לאחר זה לסירוגין אינה התיאור המדויק ביותר של המולקולות משני הסוגים. למעשה מקצת האלקטרונים של הקשר הכפול הם אלקטרונים בלתי-מאותרים, המשותפים לכמה וכמה אטומים ולא ממוקמים בקשר ספציפי בין שני אטומים מסוימים.

     

    מצב דומה של אלקטרונים בלתי-מאותרים קיים גם במתכות ובמוליכים-למחצה. האלקטרונים הבלתי-מאותרים הללו מצויים ברמות אנרגיה מסוימות בלבד. רמות האנרגיה המותרות יוצרות "פסים" המסוגלים לאכלס מספר מסוים של אלקטרונים. הפס בעל האנרגיה הגבוהה ביותר המכיל בתוכו אלקטרונים מכונה בשם פס הערכיות, ואילו הפס הבא, בעל האנרגיה הגבוהה ממנו, מכונה פס ההולכה.

     

    החומרים העשויים מהמולקולות הקטנות, כמו פנטאצן, מוליכים כשהם טהורים. אפשר להכין אותם ישירות בגבישים או בשכבות דקות לשימוש בהתקנים. לעומת זאת, הפולימרים בעלי השרשרות הארוכות הם בדרך כלל מוליכי חשמל גרועים במצב טהור. הדבר נובע מכך שפס הערכיות שלהם מלא באלקטרונים החוסמים את הזרם החשמלי. לאלקטרונים האלה "אין לאן ללכת" - בפס הערכיות אין רמות אנרגיה ריקות שלתוכן האלקטרונים יכולים להיכנס בתנועתם, ואילו האנרגיה של הרמות הריקות בפס ההולכה גבוהה מדי לשימוש מעשי.

     

    אטומים מזהמים

     

    כדי לשנות את המצב מחדירים החוקרים לחומר אטומים מזהמים מיוחדים (תהליך המכונה בשם "סימום" או "אילוח"). האטומים המסממים מוסיפים אלקטרונים שנכנסים לפס ההולכה, או מסלקים מקצת האלקטרונים שבפס הערכיות ויוצרים "חורים", המתנהגים כאילו היו חלקיקים חיוביים. כך או כך, הזרם החשמלי יכול להתקיים בקלות: הן על ידי זרימת אלקטרונים בפס ההולכה הכמעט ריק, והן על ידי החורים הנעים בפס הערכיות. (מנקודת מבטו של חור, פס הערכיות כמעט ריק: כל אלקטרון המצוי בו הוא למעשה מיקום חדש שאליו החור יכול לנוע.)

     

    האפשרות של יצירת חומרים מוליכים או מוליכים-למחצה בדרך זו, באמצעות סימון פולימרים מצומדים, התגלתה בשנות ה-70 על ידי אלן ג' היגר (כיום באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה), אלן ג' מק דיארמיד (כיום באוניברסיטת פנסילבניה), הידקי שיראקאווה (כיום באוניברסיטת צוקובה ביפן) ועמיתיהם. היגר, מק דיארמיד ושיראקאווה זכו בפרס נובל לכימיה בשנת 2000 על עבודתם זו . הם סיממו את הפולימר פולי-אצטילן במגוון ניסויים שבהם חשפו אותו לכלור, ברום או יוד.

     

    עד כה כבר נמצאו לחומרים הפלסטיים המוליכים האלה שימושים שאינם קשורים במעגלים חשמליים. בין השאר הם משמשים לעיכוב שיתוך (קורוזיה), למיסוך אלקטרומגנטי במעגלים חשמליים, לציפוי נגד חשמל סטטי בתחליבים של סרטי צילום ולהסתרת עצמים מפני גילוי מכ"מ, באמצעות בליעת גלי המיקרו שהוא משדר.

     

    לפנייה לכתב/ת
     תגובה חדשה
    הצג:
    אזהרה:
    פעולה זו תמחק את התגובה שהתחלת להקליד
    לפתח שבבים חכמים יותר (אילוסטרציה)
    שבב גנטי. כשהטכנולוגיה פוגשת את הביולוגיה
    מומלצים