רשת החדשות צינגהואה2ירח25יפן חדשות(כַתָבון שינגיוב-25 בפברואר, קבוצת המחקר של טאנג צ'ואנשיאנג, פרופסור במחלקה לפיזיקה הנדסית באוניברסיטת צינגהואה, וצוות משותף ממרכז הלמהולץ לחומרים ואנרגיה בברלין (HZB) והמכון הפדרלי הגרמני לפיזיקה וטכנולוגיה (PTB) פרסמו מאמר בכתב העת Nature (טבע) פרסם מאמר מחקר שכותרתו "הדגמה ניסיונית של מנגנון המיקרו-צבירה במצב יציב", המדווח על ניסוי האימות העקרוני הראשון של מקור אור חדש של מאיץ חלקיקים "מיקרו-צבירה במצב יציב (SSMB)".

בהתבסס על עקרון SSMB, ניתן להשיג קרינה קוהרנטית בעלת עוצמה גבוהה, תדר חזרה גבוה ורוחב פס צר, ואורך הגל יכול לכסות את פסי הטרה-הרץ עד אולטרה סגול קיצוניים (EUV), מה שצפוי לספק הזדמנויות חדשות ורחבות למחקר מדעי של פוטונים. הסוקר של "Nature" דיבר בשבחים על מחקר זה, ואמר כי הוא "מדגים מתודולוגיה חדשה" ו"בוודאי יעורר עניין בתחומי מאיצי החלקיקים וקרינת סינכרוטרון". מאמר סקירה קשור ב-"Nature" כתב: "ניסוי זה מדגים כיצד לשלב את המאפיינים של שני הסוגים העיקריים של מקורות אור קיימים של מאיצי חלקיקים - מקורות אור של קרינת סינכרוטרון ולייזרי אלקטרונים חופשיים. מקור האור SSMB צפוי לשמש בתחומים כמו ליתוגרפיה של EUV וספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים בזווית בעתיד". לאחר פרסום המאמר, הוא משך מיד תשומת לב רבה מחוגים אקדמיים ותעשייתיים מקומיים וזרים.

איור 1. תרשים סכמטי של ניסוי אימות עקרונות SSMB (מקור תמונה: "Nature")

איור 2. תוצאות ניסוייות של אימות עקרון SSMB (מקור תמונה: "Nature")

בניסוי, צוות המחקר השתמש בלייזר בעל אורך גל של 1064 ננומטר כדי לשלוט בקרן האלקטרונים בטבעת האחסון MLS בברלין, כך שקרן האלקטרונים יצרה מעגל שלם (היקף 48 מטרים) ליצירת מיקרו-מבנה עדין, כלומר, מיקרו-צביר. מיקרו-צביר מקרין אור קוהרנטי בעל עוצמה גבוהה ורוחב פס צר באורך גל הלייזר וההרמוניות הגבוהות יותר שלו. הניסוי אימת את היווצרות המיקרו-צביר על ידי גילוי קרינה זו. היווצרות המיקרו-צביר מוכיחה שניתן לחבר את הפאזות האופטיות של אלקטרונים מעגל אחר מעגל בדיוק קצר מאורך גל הלייזר, כך שניתן לקשור אלקטרונים ביציבות בפוטנציאל האופטי שנוצר על ידי הלייזר, ובכך לאמת את מנגנון הפעולה של SSMB. סכמת הניסוי מוצגת באיור 1, וכמה תוצאות ניסוי מוצגות באיור 2.

הקונספט של SSMB הוצע בשנת 2010 על ידי ג'או וו, פרופסור באוניברסיטת סטנפורד ופרופסור אורח מכובד באוניברסיטת צינגהואה, ותלמיד הדוקטורט שלו דניאל רטנר. ג'או וו ממשיך לקדם מחקר ושיתוף פעולה בינלאומי ב-SSMB. בשנת 2017, טאנג צ'ואנשיאנג וג'או וו יזמו את הניסוי. קבוצת המחקר של טאנג צ'ואנשיאנג הובילה את השלמת הניתוח התיאורטי והתכנון הפיזי של הניסוי, פיתחה את מערכת הלייזר לניסוי הבדיקה, ערכה ניסויים עם יחידות שיתופיות, והשלימה ניתוח נתונים ניסויים וכתיבת מאמרים.

צפוי להיותאני Vמקור אור ליתוגרפיה מספק נתיב טכנולוגי חדשמושך תשומת לב מצד הקהילה הבינלאומית

"אחד היישומים הפוטנציאליים של מקור האור SSMB הוא כמקור אור עבור מכונות ליתוגרפיה עתידיות של EUV. זוהי סיבה חשובה לכך שהקהילה הבינלאומית מקדישה תשומת לב רבה למחקר SSMB של אוניברסיטת צינגהואה", אמר טאנג צ'ואנשיאנג לכתבים.

בשרשרת ייצור השבבים, מכונות פוטוליתוגרפיה הן ציוד מדויק הכרחי ושלב התהליך המורכב והקריטי ביותר בייצור שבבים במעגלים משולבים. רזולוציית החשיפה של מכונת הליתוגרפיה קשורה ישירות לאורך הגל. במשך יותר מחצי מאה, אורך הגל של מקור האור של מכונת הליתוגרפיה הולך ומצטמצם בהתמדה. הדור החדש של טכנולוגיית הליתוגרפיה המרכזית המוכרת על ידי תעשיית השבבים הוא ליתוגרפיה EUV (מקור אור אולטרה סגול קיצוני) עם אורך גל של 13.5 ננומטר. עבודתה של מכונת הליתוגרפיה EUV שקולה לשימוש באור אולטרה סגול קיצוני עם אורך גל של רק עשרת אלפים מקוטר השערה כדי "לחרוט" מעגלים על הוופל. בסופו של דבר, שבב בגודל ציפורן יכיל עשרות מיליארדי טרנזיסטורים. ציוד וטכנולוגיה אלה מדגימים את הרמה הגבוהה ביותר של פיתוח טכנולוגי אנושי. חברת ASML ההולנדית היא כיום הספקית היחידה של מכונות ליתוגרפיה EUV בעולם, כאשר כל מכונת ליתוגרפיה EUV נמכרת ביותר מ-100 מיליון דולר.

מקור אור EUV בעל עוצמה גבוהה הוא הבסיס של מכונת ליתוגרפיה של EUV. ASML משתמשת כיום בלייזר פולסים בעל אנרגיה גבוהה כדי להפציץ מטרה מבדיל נוזלי ליצירת פלזמה ולאחר מכן לייצר מקור אור EUV באורך גל של 13.5 ננומטר והספק של כ-250 וואט. ככל שצמתי תהליך השבבים ממשיכים להתכווץ, צפויות הדרישות להספק מקור אור EUV להמשיך ולעלות, ולהגיע לרמת קילוואט.

"בקיצור, אור ה-EUV הנדרש על ידי מכונת הליתוגרפיה דורש אורך גל קצר והספק גבוה", אמר טאנג צ'ואנשיאנג. פריצות דרך במקורות אור EUV בעלי הספק גבוה הן קריטיות ליישום ופיתוח נוסף של ליתוגרפיה של EUV. טאנג צ'ואנשיאנג אמר: "מקורות אור EUV המבוססים על SSMB צפויים להשיג הספק ממוצע גדול ובעלי פוטנציאל להתרחב לאורכי גל קצרים יותר, ויספקו פתרון חדש לפריצות דרך במקורות אור EUV בעלי הספק גבוה".

למחקר ופיתוח עצמאיים של מכונות ליתוגרפיה מסוג EUV יש עוד דרך ארוכה לעבור. מקורות אור EUV המבוססים על SSMB צפויים לפתור את בעיית "הצוואר התקוע" המרכזית במחקר ופיתוח עצמאיים של מכונות ליתוגרפיה. זה דורש מחקר טכנולוגי מתמשך על מקורות אור SSMB EUV ושיתוף פעולה בין שרשראות התעשייה במעלה ובמורד הזרם כדי להשיג הצלחה אמיתית.

זה הזמן הנכון להתמודד עם בעיות מרכזיותהדגמת דפוס שיתוף הפעולה הבינלאומי

צוות SSMB של צינגהואה החל בניתוח תיאורטי ובסימולציה נומרית של ניסוי אימות עקרונות SSMB באפריל 2017. ב-21 ביולי של אותה שנה, טאנג צ'ואנשיאנג וז'או וו ארגנו את פגישת שיתוף הפעולה הראשונה של SSMB בצינגהואה, והובילו את הקמת קבוצת מחקר בינלאומית של SSMB. הם חברו לחוקרים מדעיים מסין, גרמניה, ארצות הברית ומדינות אחרות כדי להתחיל לקדם מחקרים שונים, כולל ניסויי אימות עקרונות SSMB. לאחר ארבע שנות מחקר, צוות המחקר של SSMB עשה מספר התקדמויות חשובות, עם תוצאות מובילות בעולם.

"SSMB משתמש בלייזרים כדי למקד אלקטרונים. בהשוואה למיקרוגלים הנפוצים במקורות קרינה סינכרוטרוניים, אורך הגל של מערכת המיקוד מתקצר ב-5 עד 6 סדרי גודל. לכן, כדי לאמת את עקרון ה-SSMB, נדרש מאיץ בעל דיוק בקרה גבוה מאוד לשינוי המיקום האורכי (פאזה) של אלקטרונים ממעגל למעגל, ו-M של PTB בגרמניה. טבעת האחסון LS היא הקרובה ביותר לצרכים הניסויים של SSMB בהיבט זה. לאחר קשר ותקשורת ראשוניים בין מורים, שני מוסדות בגרמניה, HZB ו-PTB, הצטרפו באופן פעיל לצוות המחקר וביצעו מחקר שיתופי איתנו", אמר דנג שיוג'י, דוקטורנט משנת 2015 במחלקה להנדסה ופיזיקה באוניברסיטת צינגהואה, שהשתתף בניסוי כולו בגרמניה.

מאז 2017, חברי צוות צינגהואה נסעו לברלין שמונה פעמים כדי להשתתף בכל היבטי הניסוי, מההכנה ועד להפעלה. לאחר תקופה ארוכה של עבודה קשה, הניסוי הצליח ב-31 באוגוסט 2019. דנג שיוג'יה אמר: "SSMB כרוך בהשפעות פיזיקליות רבות והניסויים קשים. הצוות עבר ניסיונות כושלים רבים והמשיך להעמיק את הבנתו בבעיות פיזיקליות ובפעולות המאיצים בפועל במהלך הניסוי עד שלבסוף פתר את הבעיות אחת אחת. כאשר לא ניתן היה לבצע ניסויים באתר, לא הפסקנו לעבוד וערכנו ניתוח תיאורטי על נתוני הניסוי שנאספו קודם לכן, קיימנו פגישות עבודה קבועות וניהלנו דיונים בדוא"ל או באינטרנט. "בנוסף, צוות הניסויים של SSMB הוא צוות שיתוף פעולה בינלאומי. מההיכרות הראשונית ועד להיכרות וההבנה ההדרגתית ועד לשיפור ההדרגתי, כל הצוות הסכים שבאמת השגנו '1+1>>2', וכולם מלאי ביטחון בשיתוף פעולה נוסף בעתיד."

פתרון בעיית "הצוואר התקוע"אוניברסיטת צינגהואה נושאת באחריות הכבדה באומץ

"אוניברסיטאות ארצי חייבות לשאת באומץ באחריות כבדה ולשחרר את הפוטנציאל של מחקר בסיסי וחדשנות מדעית וטכנולוגית באוניברסיטאות." ב-22 בספטמבר 2020, המזכיר הכללי שי ג'ינפינג תלה תקוות גדולות באוניברסיטאות לחזק את החדשנות ולפרוץ טכנולוגיות ליבה מרכזיות בסימפוזיון של נציגי מומחים מתחומי החינוך, התרבות, הבריאות והספורט.

אוניברסיטת צינגהואה יורשת ומקדמת את מסורת המחקר המדעי של צינגהואה של "החזקת השמיים, עמידה על הקרקע וטיפוח אנשים", ומחזקת את תחושת האחריות, המשימה והדחיפות לשרת את ההסתמכות העצמית של המדינה במדע ובטכנולוגיה. העמקת הרפורמה במערכות ומנגנוני המחקר המדעי, וחידוש מודלים ארגוניים של מחקר מדעי. חיזוק המחקר הבסיסי "מ-0 ל-1" והאצת המחקר בטכנולוגיות ליבה מרכזיות, במיוחד בעיות "צוואר תקוע".

שאפו לחזית המדע והטכנולוגיה העולמיים ורשמו את התרופה הנכונה. הפעם, קבוצת המחקר של טאנג צ'ואנשיאנג במחלקה לפיזיקה הנדסית באוניברסיטת צינגהואה וצוות שיתוף הפעולה הבינלאומי השקיעו מאמצים רבים ב"מיקרו-אגד במצב יציב" (SSMB), תחום מפתח שצפוי לפתור תחומים מרכזיים וצריך לפתור בעיות של "צוואר תקוע". הם ממשיכים להגביר את עוצמת המחקר והחדשנות הטכנולוגית המרכזית בתחומים צופי פני עתיד ואסטרטגיים, שואפים לשפר את יכולות החדשנות העצמאיות ולשרת את אסטרטגיית הפיתוח הלאומית המונעת על ידי חדשנות.

נכון לעכשיו, אוניברסיטת צינגהואה תומכת ומקדמת באופן פעיל את פרויקט הקמת מקור אור SSMB EUV ברמה הלאומית. קבוצת המחקר של צינגהואה SSMB הגישה הצעת פרויקט עבור "התקן מחקר למקור אור אולטרה סגול קיצוני בעל מיקרו-אגרודים במצב יציב" לוועדה הלאומית לפיתוח ורפורמה, והגישה בקשה להקמת תשתית מדעית וטכנולוגיה לאומית משמעותית במסגרת "תוכנית החומש ה-14".

פרופסור טאנג צ'ואנשיאנג מהמחלקה להנדסה והנדסה באוניברסיטת צינגהואה וד"ר יורג פייקס מאוניברסיטת HZB הם המחברים המקבילים של מאמר זה, ודנג שיוג'יה, דוקטורנט משנת 2015 במחלקה להנדסה והנדסה באוניברסיטת צינגהואה, הוא המחבר הראשון. מחקר זה נתמך על ידי פרויקט מחקר מדעי עצמאי של אוניברסיטת צינגהואה.