הצגת המקור של הדף "הדפסה במיקרו-מגע"

[[קובץ:הדפסה במיקרו מגע 1.jpg|ממוזער|בניית גלופת מקור - המסטר, ויצירה של גלופה רכה מ-PDMS, החותמת.]]
[[קובץ:הדפסה במיקרו מגע.svg|ממוזער|דיותת גלופת ה-PDMS, והצמדה של הגלופה למצע.]]

'''הדפסה במיקרו מגע''' היא סוג של [[ליתוגרפיה רכה]] {{אנ|Soft_lithography}} להדפסה מולקולארית על פני מצע באמצעות [[גלופה]] רכה העשויה מ-Polydimethylsiloxane {{אנ|Polydimethylsiloxane}} (או בקיצור [[PDMS]]) הפועלת כחותמת. החותמת PDMS מוצפת בחומר המולקולארי ולאחר מכן מוצמדת למצע. המגע של תבנית ה-PDMS עם המצע בתהליך של החתמה מטביעה את תבנית ה[[גלופה]] על פני שטח המצע באמצעות החומר המולקולרי המקיים תהליך של [[הרכבה עצמית]] בבואו במגע עם פני השטח. לאחר ההחתמה מתקבלת תבנית ב[[רזולוציה]] של [[מטר|ננומטרים]] בודדים על פני המצע. המאפיינים האלסטיים של החותמת העשויה מ-PDMS מאפשרים החתמה גם על פני מצעים שאינם שטוחים.

שילוב של שיטות הדפסה הידועות זה עשרות שנים, המבוססות על החתמת תבנית על מצע, עם שיטות [[פוטוליתוגרפיה|פוטוליתוגרפיות]] המאפשרות יצירת תחריטים ו[[גלופה|גלופות]] ב[[רזולוציה]] גבוהה יצרו את הבסיס לשיטות חדשניות כמו הדפסה במיקרו מגע. שיטה של הדפסה במיקרו מגע הוצגה על ידי [[ג'ורג' מ. ווייתסידס]] (George M. Whitesides) {{אנ|George M. Whitesides}} ואמית קומר (Amit Kumar) באמצע [[שנות ה-90 של המאה ה-20]] ב[[אוניברסיטת הרווארד]]. בעקבות האמצאה שלהם התפתחו שיטות מגוונות של ליתוגרפיה רכה{{הערה|שם=Applications in microfabrication|[http://iopscience.iop.org/0957-4484/7/4/028 Applications in microfabrication], {{cite book | author=Wilbur J.L. | title=Microcontact printing of self-assembled monolayers: applications in microfabrication.|publisher = Nanotechnology|year= 1996}}}}{{הערה|שם=A tool to pattern|[http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2007/sm/b613349e#!divAbstract A tool to pattern], {{cite book | author=Ruiz S.A., Chen C.S. | title=Microcontact Printing: A tool to pattern|publisher=Soft Matter|year= 2007}}}}{{הערה|שם=Limitations and Achievements|[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200801864/abstract Limitations and Achievements], {{cite book | author=Reinhoudt, Huskens| title=Microcontact printing: limitations and achievements|publisher=Advanced Materials|year= 2009}}}}{{הערה|שם=SOFT LITHOGRAPHY|[http://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.matsci.28.1.153 Soft Lithography], {{cite book | author=Younan Xia and George M. Whitesides| title=SOFT LITHOGRAPHY|publisher = Annu. Rev. Mater. Sci. #28 p.153–184|year= 1998}}}}{{הערה|שם=microcontactprinting.net|[http://www.microcontactprinting.net microcontactprinting.net]: a website dealing with microcontact printing (articles, patents, thesis, tips, education, ...)}}{{הערה|שם=United States Patent|[http://www.google.com/patents/US20030010241 United States Patent], “PATTERNING METHOD WITH MICRO CONTACT PRINTING AND ITS PRINTED PRODUCT” (Patent N0.: US 6,868,786 B2; Date of Patent: Mar. 22, 2005)}}.

==תהליך ההדפסה==
:שיטת ההדפסה במיקרו מגע היא בעלת כמה שלבים:

===בניית גלופת מקור - המסטר===
:בנייה של גלופת מקור הנקראת "מסטר", מתבצעת בתהליך של פוטו-ליתוגרפיה רגילה, כאשר מקרנים [[על-סגול|קרני UV]] דרך מסכה שבה מוטבעת התבנית הרצויה. בדרך כלל יוצרים את גלופת המקור על מצע של פרוסת [[צורן]] (סיליקון), אך כל חומר בעל מבנה גבישי מסודר מתאים. בסוף של התהליך גלופת המקור מנוקה.

===יצירה של גלופה רכה מ-PDMS, חותמת===
:יוצקים את תערובת ה-PDMS על המסטר הנמצא במכל. בתערובת PDMS בדרך כלל נמצאים: [[אלסטומר]] [[צורן|סיליקון]] {{אנ|Elastomer}}, גורם מצמד להקשחת ה-PDMS, וזרז מפלטינה. היחסים בתערובת משתנים בהתאם לסוג יישום. מייבשים היציקה בטמפרטורות גבוהות כדי ליצור פולימר מוצק עם מאפיינים אלסטיות. את גלופת ה-PDMS מקלפים וחותכים בהתאם לגודל רצוי. התבנית שמתקבלת היא תשליל טופוגרפי למסטר, תבליטים על ה-PDMS מתקבלות במקומות שהיו בקעות במסטר והפוך.

===דיותת גלופת ה-PDMS===
:דיותת גלופת ה-PDMS מכילה תערובת על בסיס חומר מולקולארי המורכב משרשרות פחמניות בעלי קבוצות תיוליות (Thiol). ה[[גלופה]] מוטבלת בחומר או מכוסה בו, בהתאם לסוג שיטת יישום. בגלל תכונות הידרופוביות של PDMS התערובת מפעפעת לתוך ה-PDMS ולא נמצאת רק על שטח פניו. נוכחות של התערובת בתוך ה-PDMS מתפקדת כמאגר לחומר ומאפשרת הטבעה רב פעמית. רק לאחר שכל התערובת תפעפע פנימה ושטח פנים של המסטר יתייבשו ניתן להשתמש בו.

===הצמדה של הגלופה למצע===
:בתהליך פשוט של מגע ישיר, גלופת ה-PDMS נוגעת פיזית במצע והתערובת המולקולארית מוטבעת על פני המצע. למרות שכל ה-PDMS ספוג בתערובת רק התבליטים נוגעים במצע כתלות בתכנון המסטר. בזמן ההטבעה שרשרות הפחמן של תערובת מקיימים תהליך של הרכבה עצמית עם שטח פנים של המצע כאשר הקבוצות התיוליות נקשרות אל פני שטח המצע. תהליך זה נמשך בין 40 ל-60 שניות{{הערה|שם=METHODOLOGICAL ASPECTS OF SCANNING PROBE MICROSCOPY|[http://byspm.narod.ru/2006/byspm2006proc02.pdf METHODOLOGICAL ASPECTS OF SCANNING PROBE MICROSCOPY], 7th Belarussian Seminar on Scanning Probe Microscopy. (2006)}} ובסופו מתקבל הדפס בעל שכבה בעובי מולקולרי של החומר על המצע.

===טכניקות נוספות===
:ישנה טכניקה נוספת להטבלת בשיטת גלגול. בשיטה זו מגלגלים את הגלופה בצורת גליל על פני שטח מצע שטוחים, או להפך מגלגלים מצע עגול על פני גלופה שטוחה.

==יתרונות של הדפסה במיקרו מגע==
* תהליך ההטבעה פשוט ולא דורש לחצים גבוהים או טמפרטורות גבוהות.
* ניתן לבצעה תהליך בטמפרטורת החדר{{הערה|שם=Nanoimprint lithography|[http://www.nanoindustry.su/files/article_pdf/1/article_1766_558.pdf Nanoindustry], Scientific and technological journal - "Nanoindustry" #2/2010; p8-10; Nanoimprint lithography.}}.
* לחץ הצמדה נמוך, פחות מ-<math>1 [bar]</math>{{הערה|שם=Nanoimprint lithography}}{{הערה|שם=בר (מידה)|[[בר (מידה)|בר]] היא יחידת מידה של לחץ השווה למיליון דין לסנטימטר רבוע.}}.
* שטח ההדפסה גדול מאוד. מכיוון שחותמת עשויה מחומר אלסטי ניתן להשתמש בה על פני שטח גדול כמו פרוסת סיליקון בקוטר של עד 300 [[מילימטר]]. בשיטות דומות בהם משתמשים בחותמות קשיחות גודל ההדפסה הוא עד 25x25 [[מילימטר]]{{הערה|שם=Nanoimprint lithography}}.
* דיוק גבוה – רזולוציית הדפסה עד 50 [[ננומטר]] על פני כל שטח מצע{{הערה|שם=Nanoimprint lithography}}.
* אין צורך ב[[חדר נקי]] (חדר נקי נדרש רק לייצור גלופת המקור בתהליך של [[פוטוליתוגרפיה]]).
* המאפיינים האלסטיים של החותמת העשויה מ-PDMS מאפשרים החתמה גם על פני מצעים שאינם שטוחים.
* אפשרת הטבעה רב פעמית עם חותמת יחידה בלי לחזור לדיותה ובלאי מזערי של החותמת.
* שיטה פשוטה, זולה וחסכונית להדפסה מולקולארית ב[[רזולוציה]] של [[מטר|ננומטרים]].

==יישומים==
יתרונות של השיטה, הדפסה במיקרו מגע, מאפשרים שימוש בשיטה זו במעבדות קטנות, אוניברסיטאות ומרכזי פיתוח. בהתאם לסוג מצע וסוג דיו בשיטת זו משתמשים ביישומים שונים, כגון:

===מיקרו מעגלים אלקטרונים===
:שימוש בשיטת הדפסת מיקרו מגע להדפסת מעגלים חשמליים בממדים [[מטר|ננומטרים]]. שימושי בשלבי פיתוח ותכנון ביצועי המעגלים. השיטה כלכלית גם עבור הדפסה של מספר קטן של מצעים.

===ביו טכנולוגיה===
:הדפס בממדים קטנים מאוד, מגודל של תאים, מאפשרים יצירת מבנים [[מטר|ננומטרים]] שישמשו להנדסת רקמות או פיתוח שבבי [[DNA]] לזיהוי וסריקת הגנום. מהירות השיטה וצריכה מועטה של חומרי גלם מהווים יתרון משמעותי לשיטה זו ביישומים אלה. בשיטה זו חוקרים גם את האינטראקציה של תאים עם חומרים שונים בממדים מולקולריים על פני מצע, תחום מחקר שמתאפשר רק בעקבות שיטה הדפסה במיקרו מגע.

===מיקרו מכונות===
:שיטה של הדפסה במיקרו מגע מתאימה ליישומים של הדפסת מיקרו מכונות, [[MEMS]]. עבור יישומים אלה משתמשים בתערובת [[אלקאן-תיול]] {{אנ|Alkanethiol}} עם ריכוז של מתכות כמו נחושת, פלדיום, כסף או זהב כאשר האלקאן-תיול מהווה את דיותת גלופת ה-PDMS. בעת מגע שלאלקאן-תיול עם המצע של מתכת יוצרת מגע קשוח וחזק עם המצע בתבנית שתוכננה במסטר (גלופת המקור), הדבר שמאפשר ייצור תבנית חדה במיוחד וב[[רזולוציה]] גבוהה. תכונה זו מאוד הכרחית לבניה של מיקרו מכונות בגלל מספר גדול של החזרות הנדרש לקבלת תבנית סופית תלת־ממדית באמצעות ריבוד השכבות, כך שכל שכבה חדשה מרובדת על שכבה שמתחתיה.

==ראו גם ==
* [[פוטוליתוגרפיה]]
* [[ננוליתוגרפיה]]
* [[לתוגרפיה רכה]]
* [[ננוליתוגרפיית עט נובע]]

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים|יישור=שמאל}}

[[קטגוריה:ננוטכנולוגיה]]
[[קטגוריה:מיקרוטכנולוגיה]]
[[קטגוריה:ביוטכנולוגיה]]
[[קטגוריה:הנדסת חומרים]]
[[קטגוריה:דפוס]]
[[קטגוריה:הנדסת חשמל]]
[[קטגוריה:מיקרואלקטרוניקה]]