با توجه به برگزاری «رویداد ملی ساخت تراشه میکروالکترومکانیکی (MEMS)»، خبرنگار روابط عمومی دانشگاه با دکتر علی خادمی، مدیر فنی اتاق تمیز میکرو/نانوفب آزمایشگاه مرکزی دانشگاه صنعتی شریف و دبیر این رویداد گفتگو کرد.
دکتر خادمی فارغ التحصیل مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد از دانشگاه صنعتی شریف است. وی مدرک دکتری فیزیک خود را نیز از دانشگاه بریتیش کلمبیا در کانادا اخذ کرده است. پس از آن حدود ۲ سال به عنوان پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه ویکتوریا و سپس به عنوان پژوهشگر در شورای ملی تحقیقات کانادا(NRCC) مشغول انجام پژوهش بوده است. در حال حاضر وی بهعنوان استادیار در دانشکده فیزیک و مدیر فنی اتاق تمیز میکرو/نانوفب آزمایشگاه مرکزی دانشگاه صنعتی شریف مشغول به فعالیت است. ماحصل گفتگو با دکتر خادمی را بخوانید:
لطفا توضیح دهید میکرو فابریکیشن چیست؟ در چه حوزه هایی به کار میآید و در کل چه کاربردهایی دارد؟ اهمیت آن چیست؟ میزان اقبال جهانی نسبت به این حوزه چقدر است؟
منظور از میکروفابریکشین (Microfabrication) یا نانوفابریکشین (Nanofabrication) ساخت در ابعاد میکرو و نانو است که در آن کلیه فرآیندهای مورد استفاده برای ساخت سازهها و یا قطعات الکترونیکی و یا مکانیکی در ابعاد میکرومتری و یا نانومتری انجام میگردد. مانند انواع میکرو شیرها، میکرو پمپها، میکرو کانالها و یا میکرو یا نانوحسگرها. از جمله فرآیندهای ساخت نیز میتوان به روشهایی مانند فوتولیتوگرافی، زدایش تر و خشک و میکرو ماشینکاری اشاره کرد. این میکرو سازهها با تلفیق مواد مختلف بر روی بسترهای گوناگونی چون سیلیکون، شیشه و یا انواع پلیمر ساخته میشوند. این تجهیزات در حوزههای مختلفی مانند پزشکی، مهندسی، کشاورزی، محیط زیست، علوم پایه و ... کاربرد دارند.
سیستمهای ساخته شده در ابعاد میکرو و نانو که در ادبیات مهندسی به آن سیستمهای میکرو/نانو الکترومکانیکی (MEMS/NEMS) هم میگویند یکی از موضوعات مورد توجه در دنیا بوده و بازار بزرگ و رو به رشدی دارد. بر اساس پیشبینیها حجم بازار این دسته از محصولات تا سال 2028 به بیش از 22 میلیارد دلار افزایش پیدا میکند.
برای درک بهتر اهمیت این موضوع و سرعت رشد این بازار خوب است به این مثال توجه کنیم. شرکت آکسفورد نانوپور (Oxford Nanopore Technologies) از سال 2003 تا 2014 برای توسعه یک محصول میکرو سیالاتی، 250 میلیون پوند سرمایه جذب کرده است. در سال گذشته، یک شرکت چینی، برای توسعه محصول مشابه و رقابت با شرکت آکسفورد نانوپور، تنها در یک سال، 300 میلیون دلار سرمایه جذب کرده است. این بدان معنا است که رقابت در این حوزه بین کشورهای توسعه یافته شدید است و این رقابت در حال شتاب گرفتن است. در کشورهای اروپایی مانند سوییس و بلژیک سرمایهگذاریهای قابل توجهی در زمینه توسعه زیرساختهای مورد نیاز برای ساخت در ابعاد میکرو و نانو انجام شده است. در کشورهایی مانند آمریکا، چین و کانادا نیز به همین شکل است. تا جایی که شما میبینید یکی از دلایل مهم اختلاف بین چین و آمریکا در مساله تایوان این است که تایوان تولید کننده سیلیکون است و سیلیکون یکی از مهمترین مواد مورد استفاده در ساخت میکرو و نانو است.
در ایران چه قدر در این زمینه کار شده است؟
ساخت در ابعاد میکرو و نانو در ایران موضوع نسبتا جدیدی است. با بازگشت اساتید و نخبگانی که در خارج از کشور در این حوزه کار پژوهشی و صنعتی کردهاند، خوشبختانه باب این موضوع چند سالی است که در کشور باز شده و روند رو به رشدی دارد. اما کافی نیست.
در نقشه جامع علمی کشور، فناوری میکرو و نانو جزء اولویتهای سطح الف دستهبندی شده است. بر اساس این سند، تا سال 1404 جمهوری اسلامی ایران میبایست 2 درصد از سهم بازار جهانی را کسب کند.
در کشور ما درکی که از فناوری نانو وجود دارد عمدتا مربوط به نانو مواد است. که البته خوب است. اما در حوزه ساخت در ابعاد میکرو و نانو باید بیشتر کار شود.
معرفی مفهوم اتاق تمیز:
اتاق تمیز چیست؟ چه اتفاقی در اتاقهای تمیز می افتد؟
وقتی یک وسیله بزرگ مقیاس مانند یک خودرو یا یخچال ساخته میشود، مساله وجود آلودگیهایی مانند گرد و غبار فاقد اهمیت است. اما آنجایی که میخواهید یک افزاره در ابعاد میکرو و نانو بسازید، وجود گرد غبار و ذراتی که شاید ابعادشان حتی از سازه مد نظر شما چند ده و یا چند صد برابر بزرگتر باشد میتوانند مزاحمت ایجاد کنند. لذا فرآیند ساخت باید در یک محیط تمیز و ایزوله که حتی افراد در آن لباسها و یا پوششهای خاصی دارند و عاری از انواع ذرات است، انجام شود تا نتیجه مطلوب حاصل شود.
چرا نیاز به یک اتاق تمیز مرکزی وجود دارد؟
در سطح تحقیقات دانشگاهی، ایفای نقش صحیح یک پژوهشگر جهت رسیدن به یک محصول، وابسته و در گرو وجود امکانات آزمایشگاهی و ساخت است. توسعه زیرساختهای لازم جهت ساخت، شرط لازم برای تولید محصولات دانشبنیان است. نه تنها تولید محصول قابل رقابت در بازار جهانی نیاز به وجود امکانات ساخت دارد، بلکه رقابت از طریق بهینهسازی و ارتقاء کیفیت با گزینش فرآیند ساخت مناسب ممکن خواهد بود. همان طور که میدانیم اساتید دانشگاه همواره برای اجرای پروژههای پیشرفته، نیاز به زیرساختهای مناسب دارند. قبلا در کشور ما فرآیند رایج این بوده است که این زیرساختها در آزمایشگاه خود استاد یا حداکثر در آزمایشگاههای تخصصی مرکز یا دانشکده آن استاد راه اندازی شود. اما با بین رشتهای شدن پروژههای پیشرفته امروزی و نیز هزینههای بالای خرید و نگهداری تجهیزات، عملا فراهم کردن این زیر ساختها برای اساتید به خصوص اساتید جوان و گروه های پژوهشی فعال مشکل ساز است. راهکار برون رفت از این مشکل که در سراسر دانشگاههای مطرح دنیا اجرا میشود، احداث مراکزی از قبیل تسهیلات مشترک ورک شاپ (کارگاه های ساخت و تولید) و اتاقهای تمیز است.
هم هزینه ساخت یک اتاق تمیز و هم قیمت تجهیزاتی که برای ساخت در ابعاد میکرو و نانو استفاده شوند، بالاست. اینکه قرار باشد هر عضو هیئت علمی یک اتاق تمیز برای خودش داشته باشد، با بودجه دانشگاه همخوانی ندارد. لذا در همه کشورهای توسعه یافته، فرآیند به این صورت است که در یک دانشگاه، این سرمایه گذاری یک بار و برای ایجاد یک اتاق تمیز مرکزی با تجهیزات پیشرفته انجام میشود، به نحوی که کلیه اساتید و دانشجویان دانشگاه بتوانند از خدمات آن استفاده کنند.
در بسیاری از کشورهای جهان، این اتفاق حتی در مقیاس ملی میافتد. مثلا یک اتاق تمیز مرکزی بزرگ و چند هزارمتری برای ارائه خدمت به کلیه محققان آن کشور و حتی دیگر کشورها ایجاد میشود. مثلا موسسه IMEC در بلژیک، یک اتاق تمیز مرکزی 12 هزار متری دارد که خدمات بینالمللی ارائه میدهد.
از سویی تجمع دانش، تجربه و تقابل محققان حوزههای مختلف در یک آزمایشگاه مرکزی بزرگ، باعث شبکهسازی، انتقال تجربه و تسریع در توسعه محصولات فناورانه جدید میشود.
لطفا اتاق تمیز میکرو/نانوفب را دانشگاه صنعتی شریف را معرفی کنید.
دانش و فناوری ساخت قطعات در مقیاس میکرو و نانو خود بخش گلوگاهی و جدایی ناپذیری است که همچنان در حال رشد و توسعه میباشد. انجام پژوهشها در این زمینه و به خصوص سرمایهگذاری در راههای جدید، راه شتاب دادن به حرکت علمی کشور به سمت فناوری نانو و مایکرو میباشد. به همین منظور مجموعه اتاق تمیز با حمایت معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری و معاونت پژوهشی دانشگاه صنعتی شریف در سال 1401 در دو طبقه مجزا شامل دو بخش ساخت ادوات میکرو/نانومتری و زیستی به مساحت 240 متر مربع به بهرهبرداری رسید که در حال حاضر آماده خدماترسانی به تمامی پژوهشگران، دانشجویان و صنایع این حوزه میباشد.
تاریخچه اتاق تمیز موجود در دانشگاه صنعتی شریف را بیان کنید.
اگر بخواهیم موارد مشابه را بیان کنیم در دانشکده برق یا فاوا اتاق تمیز وجود داشته است. اما یک اتاق تمیز فعال در حوزه ساخت نانو و زیستی که هر دو بخش همزمان توانایی ارائه خدمات را داشته باشد، وجود نداشت. ساخت این مجموعه از سال 1399 کلید خورد و در سال 1401 به بهرهبرداری کامل رسید.
لطفا امکانات اتاق تمیز میکرو/نانوفب دانشگاه صنعتی شریف را شرح دهید.
اتاق تمیز میکرو/نانوفب دانشگاه صنعتی شریف در بخشهای مختلف و تخصصی در حوزه نانو یا میکروفب آماده خدمات رسانی است. یک ساختار درست اتاق تمیز نیازمند یک سیستم تهویه مطلوب از نظر دما و رطوب میباشد. در اتاق تمیز میکرو/نانوفب دانشگاه صنعتی شریف، برای ایجاد محیط عاری از هرگونه آلودگی، از دستگاههای کاربردی به نام هواساز هایژنیک زیر گروه HVAC استفاده میشودکه وظیفه کنترل دما، رطوبت، تصفیه هوا و تنظیم اکسیژن را در اتاق تمیز به عهده دارد و دارای 3 لایه متمایز فیلتراسیون میباشد و فیلتر کردن هوای ورودی توسط فیلترهایی به نام هپا موجود در هواساز و مسیر هوای ورودی انجام میشود. کلاس اتاق تمیز میکرو/نانوفب شریف 1000 و 10000 میباشد. به جز بخش لیتوگرافی دارای کلاس 1000، که در ادامه شرح خواهیم داد باقی بخشها در کلاس 10000 قرار دارند. اگر بخواهیم از نحوه ورود به اتاق تمیز شروع کنیم، ورود افراد دارای یک پروتکل الزامی است. در اتاق تمیز، برای بانوان و آقایان اتاق تعویض لباس مخصوص و آنتیاستاتیک طراحی شده است زیرا حداقل بودن ذرات و آلودگیهای ورودی از معیارهای اصلی فعالیت در اتاق تمیز است. مجموعه اتاق تمیز دارای چند بخش (زون) مختلف است که عبارتند از:
1- بخش پیدیاماس مخصوص ساخت تراشههای میکروفلوئیدیک میباشد که در این بخش یک کوره (Oven)، هود شیمیایی و ترازو به منظور کار در این زمینه قرار گرفته است.
2- بخش لایه نازک/زدایش خشک شامل دستگاههای لایهنشانی به منظور لایه نشانی رساناها، نارساناها، نیمهرساناها و دستگاههای زدایش است. در سیستمهای لایهنشانی این بخش، خوشهها و اتمها از جنس مواد مختلف از بوتههای گداخته و تارگتها جدا و در شرایط خلاء بالا روی زیرلایههایی به ابعاد چند میلیمتر تا چند اینچ نشانده و تثبیت میشوند. این لایههای نازک خواص اپتیکی، الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی زیرلایهها را تغییر میدهند و در برخی موارد نیز الکترودهای میکرومتری را روی دیوایسها تعبیه میکنند. دستگاه لایهنشانی کندوپاش (اسپاترینگ) موجود از دو بخش کندوپاش جریان مستقیم (DC) و فرکانس رادیویی (RF) تشکیل میشود. دستگاه دیگر لایهنشانی موجود، دستگاه PVD است که برای کار در فاز بخار با روشهای تبخیر حرارتی و پرتو الکترونی میباشد. از آنجایی که یکی از اهداف اتاق تمیز حمایت تولید داخل بوده است دستگاههای این بخش از شرکتهای دانش بنیان داخلی تهیه شده است. لایهنشانیها نیازمند یک شرایط مطلوب خلاء میباشند به همین دلیل سعی کردیم تمامی دستگاهها را به پمپ توربومولکولار تجهیز و شرایط فشار خلاء مطلوب در حدود 10-6 Torr را فراهم کنیم که مزیت این امر سرعت، آلودگی کمتر و پارامترهای مطلوب در فرآیند لایهنشانیها خواهد بود. اگر بخواهیم از دستگاههای دیگر نام ببریم، یک دستگاه زدایش یون غیرفعال (یا واکنشپذیر) (RIE) در این بخش قرار دارد که در یک محیط پلاسمایی متشکل از یونهای گازی واکنش دهنده نظیر هیدروژن، اکسیژن، SF6، فرآیند حذف و یا لایه برداری نانو یا میکرومتری را انجام میدهد. در واقع این دستگاه فرایند میکرو ماشین کاری سطحی را به عمق چند نانومتر تا چندین میکرومتر را انجام دهد. در ضمن، به منظور تمیزکاری سطوح آلوده به مدت زمان چند دقیقه نیز، یک دستگاه پلاسمای اکسیژن در اتاق تمیز قرار گرفته است که عملیات زدودن آلودگیها، ایجاد شرایط آبدوستی و واکنشپذیری را انجام میدهد. همچنین اتاق تمیز دارای یک عدد دستگاه لیزر فایبر نیز با توان 50 وات و طول موج 1064 نانومتر به منظور ایجاد طرحهای حکاکی و نشانهگذاری در نمونههای لایهنشانی شده است تا بتوان طرحها را با استفاده از نرمافزار مخصوص پیادهسازی نمود.
3- بخش زدایش شیمیایی به مساحت 10 متر مربع که در این بخش مایعات و حلالهای شیمیایی نگهداری و استفاده میشود و تدابیر لازم برای ذخیره صحیح مواد شیمیایی در نظر گرفته شده است. این بخش از هودهای تولید داخل مخصوص کار با اسیدها، بازها، و حلالها تشکیل شده است که برای ایمنی افراد هنگام کار و جلوگیری از آسیبهای احتمالی، استفاده از دستکشهای ضد اسید، پیشبند ضد اسید، عینک و ماسک شیشهای الزامی است. یک دوش اضطراری آب نیز در این بخش قرار گرفته است تا در صورت شرایط اضطراری برخورد اسید و مواد شیمیایی خطرناک به کاربر، کاربر فورا بتواند به منظور کاهش صدمات از آن استفاده نماید. تمامی هودها مجهز به باد کمپرسور، آب خالص با مقاومت 18.2 مگااهم سانتی-متر و تجهیزات جانبی مانند اجاق بشقابی (هات پلیت) و همزن مغناطیسی میباشند.
4- بخش فوتولیتوگرافی به مساحت 14 متر مریع که دارای کلاس 1000 است و به منظور ایجاد طرحها و الگوهای مشخص بر روی لایه نازک و یا ویفر در ابعاد میکرومتری توسط ماسکهای نوری، مواد حساس به نور فتورزیست و دستگاه ماسک الاینر با دقت 1 میکرون طراحی شده است. از روش فوتولیتوگرافی برای ساخت قطعات الکترونیکی در ابعاد میکرومتری با طرحهای قابل کنترل استفاده خواهد شد. در این بخش نیز یک میزکار مخصوص که شامل اسپین کوتر برای لایهنشانی مواد فوتورزیست، هات پلیت و حمام فراصوت است، تعبیه شده است تا کاربران توانایی کار با حلالها و مواد را برای ساخت طرحهای خود داشته باشند؛ چرا که کار با مواد حساس به نور شامل فوتورزیستها و مواد شیمیایی مخصوص فوتولیتوگرافی در این بخش انجام میگیرد.
5- بخش خاکستری که به منظور جلوگیری از ورود آلودگیهای ناشی از دستگاهها و پمپها طراحی شده است و سعی شده است که تمامی این موارد دارای یک خروجی باشند و از این طریق، آلودگیها به خارج از اتاق تمیز و بخشها منتقل شوند.
وابستگی سازمانی اتاق تمیز میکرو/نانوفب دانشگاه صنعتی شریف به چه صورت است؟
اتاق تمیز میکرو/نانوفب دانشگاه صنعتی شریف زیر مجموعه مرکز خدمات آزمایشگاهی تحت نظر معاونت پژوهشی دانشگاه صنعتی شریف میباشد.
نحوه استفاده از خدمات برای افراد به چه شکلی است؟
برای استفاده از خدمات، افراد باید به سایت آزمایشگاه مرکزی و اتاق تمیز مراجعه کنند. متاسفانه در غیاب سیاستهای حمایتی، اکثر مراکز داخل با ارائه خدمات در ازای هزینههایی به مراتب بالاتر از خدمات باکیفیتتر در اروپا، عملا در جهت خلاف ترویج و توسعه این فناوری عمل میکنند. این در حالی است که مراکز مشابه در بهترین دانشگاههای دنیا با قیمتهای پیشنهادی بسیار پایین، سعی در حمایت از پژوهشهای مربوط دارند. این مراکز که از حمایتهای کلان دولتی برخوردارند خروجی خود را نه در بازگشت سرمایه از طریق فروش خدمات که در توسعه و رشد فناوریهایی که پشتوانه جهش اقتصادی است در نظر گرفتهاند. ولی اتاق تمیز میکرو/نانوفب تلاش کرده است سیاست کاری مرکز خدمات آزمایشگاهی خود را سرلوحه خود قرار دهد و ضمن ایجاد یک شرایط با قیمتهای رقابتی، خدمات این حوزه را با ثبت آزمون در اختیار پژوهشگران، دانشجویان، اساتید و صنایع با حمایتهای شبکه آزمایشگاهی فناوریهای راهبردی قرار دهد.
اهداف و دورنمای اتاق تمیز میکرو/نانوفب را چگونه ارزیابی خواهید کرد؟
وضعیت کنونی تجهیزات نانوفب در کشور از هیچ منظری توجیه پذیر نیست. هزینههای چند باره بر روی تجهیزاتی که بعضا در یک آزمایشگاه برخوردار تنها یک بار در ماه استفاده میشود و بسته بودن درب آزمایشگاهها بر روی دیگران به دلیل نگاههای فردی سبب هدررفت غیر معقول سرمایه ملی شده است. خروجی اتاق تمیزهای دانشگاهی علاوه بر پژوهش در لبه دانش و فناوری، نقطه آغاز و محل رشد و توسعه شرکتهای دانشبنیان است. به همین دلیل اهدافی که در آینده، اتاق تمیز میکرو/نانوفب دانشگاه صنعتی شریف دنبال میکند، تربیت نیروی انسانی متخصص، حمایت خاص از پژوهشهای منجر به محصول دانشبنیان در زمینه نانوفناوری، صرفهجویی ارزی از طریق ارائه خدمات ریزماشینکاری به جای سفارش به خارج از کشور، ارایه پیشنهادات و امکان حل مشکلات صنعتی در صنایع مختلف از قبیل الکترونیک، نفت، انرژی و هوا فضا میباشد. با توجه به ویژگیها و میزان تقاضای موجود، طراحی، ساخت و تجهیز فاز دوم این پروژه، در فضایی به وسعت حداقل 1000 متر مربع به منظور استفاده غیر همزمان توسط 200 نفر کاربر ضرورت دارد. از این رو، با توجه به نگاه ملی حاکم بر پروژه اتاق تمیز مرکزی دانشگاه صنعتی شریف و نیز نقشی که این مرکز در رشد و توسعه محصولات دانشبنیان خواهد داشت، با توجه به محدودیت بودجه و منابع مالی دانشگاه، تأمین مالی این پروژه نیازمند حمایتهای فرا دانشگاهی، توسط دستگاههای دولتی، نهادهای حاکمیتی نظیر معاونت محترم علمی ریاست جمهوری و یا آن دسته از شرکتهای خصوصی است که با سرمایهگذاری در مجموعههای دانشگاهی، به دنبال ارتقاء کیفیت محصولات و رفع نیازهای فناورانه خود از طریق تقویت ارتباط بین صنعت و دانشگاه میباشند.
لطفا «رویداد ملی ساخت تراشه میکروالکترومکانیکی (MEMS)» را معرفی کنید و درباره موضوعات، مراحل، جوایز، حمایتها، تعداد شرکت کنندگان، و این که چه کسانی میتوانند در این رویداد شرکت کنند، توضیح دهید؟
این رویداد به عنوان یکی از اولین رویدادهای ساخت در ابعاد میکرو، با هدف آشنایی کلیه اساتید، دانشجویان، صنعتگران و محققان فعال در حوزه ساخت در ابعاد میکرو و نانو، با حمایت اتاق تمیز مرکزی دانشگاه صنعتی شریف و معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش بنیان ریاست جمهوری برگزار میشود.
همه افراد، در هر مقطع تحصیلی، با هر سنی، در هر رشته و شغلی میتوانند در این رویداد شرکت کنند. از این حیث هیچ محدودیتی وجود دارد. یکی از اهداف مهم این رویداد هم همین است که کلیه علاقهمندان به این حوزه را گرد هم بیاوریم.
شرکت کنندگان در قالب تیمهای 2 یا 3 نفره در دو موضوع ساخت فشار سنج و شتاب سنج تک محوره، با هم رقابت میکنند.
تیمهای شرکت کننده در ابتدای امر میبایست پروپوزال طرح و فرآیند ساخت محصولات خود را ارائه دهند. طرحهای ارائه شده پس از ارزیابی اولیه، وارد مرحله بعد میشود. ملاک راهیابی به مرحله بعد، میزان عملیاتی بودن ایده ارائه شده است.
تیمهای برگزیده میتوانند به صورت رایگان از خدمات اتاق تمیز مرکزی دانشگاه صنعتی شریف برای ساخت محصولات خود استفاده کنند. شرکت در دورههای آموزشی، کسب خدمات مشاوره رایگان و برخورداری از امتیازات و جوایز معنوی بنیاد ملی نخبگان از دیگر مزایای شرکت در رویداد است. مجموع کل جوایز مادی این رویداد 3 میلیارد ریال است که به تیمهای اول و دوم هر رشته (فشار سنج و شتاب سنج) تعلق میگیرد.
برنامه شما برای رویدادهای آتی به چه صورت است؟
بازخوردی که از این رویداد میگیریم به ما کمک میکند که برای دورههای آتی برنامه ریزی و تصمیمگیری کنیم. اما این رویداد شروع یک راه طولانی است. ما امیدواریم که در سالهای آینده بتوانیم با دعوت از دانشجویان و اساتید دانشگاههای منطقه، شاهد برگزاری یک رویداد بینالمللی در سطح وسیعتری باشیم.
شایان ذکر است به زودی یک جلسه توجیهی در مورد این رویداد برگزار میگردد که اطلاعات آن متعاقبا اعلام میگردد. جهت اطلاع از اخبار و اطلاعیههای رویداد، از علاقهمندان دعوت میشود که در لینک زیر ثبتنام کنند:
https://centrallab.sharif.edu/mems-event-pre-registration