Väitös: Tehokas menetelmä puolijohdepintojen passivointiin parantaa mikro- ja optoelektroniikan sovellusten toimivuutta

Jaakko Mäkelä. Jaakko Mäkelä. Kuva: Turun yliopisto

Yhdistepuolijohteiden jaksollisesti järjestynyt kiteinen oksidipinta on käytännöllinen, helposti tuotettava ja monipuolinen rakenne puolijohdelaitteiden parantamiseksi. DI Jaakko Mäkelän väitöstutkimuksessa havaittiin merkittävät parannukset käytännön optoelektroniikan sovelluksessa, infrapunasensorissa, sekä mahdollisuus laajentaa tätä niin kutsuttua passivointimenetelmää laajemminkin puolijohdelaitteissa, joiden erilaisten pintojen kirjo on valtava.

Mäkelän väitöstutkimus on jatkumoa Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitoksen materiaalifysiikan tutkimusryhmän vuosia jatkuneelle uraauurtavalle työlle puolijohdepintojen ja -rajapintojen parissa. Pinnan merkitys uusissa puolijohdelaitteissa on valtava, ja merkitys korostuu tulevaisuuden sovelluksissa, joissa pyritään yhä pienempiin rakenteisiin.

– Esimerkiksi jo toteutuneissa mikroprosessorien transistorirakenteissa on lähes yhtä paljon pinta-atomeja kuin sisäosan atomeja. Pinnan ominaisuudet ovat aina enemmän tai vähemmän erilaisia kuin materiaalin sisäosien, ja molempien räätälöiminen samanaikaisesti mahdollisimman hyväksi on haastavaa, koska pinta tai rajapinta luo poikkeavuuden jaksolliseen kiteeseen, josta materiaalin sisäosa koostuu, Mäkelä kertoo.

Puolijohdepinnat ovat erittäin reaktiivisia ja spontaanit reaktiot ilman hapen kanssa tekevät muuten erinomaisista yhdistepuolijohteista, tarkemmin ottaen niiden pinnoista, lähes aina heikkolaatuisia laitteen sähköisten ominaisuuksien kannalta.

– Yhdistepuolijohteista valmistetaan paljolti optoelektroniikkaa kuten LEDejä, lasereita, valosensoreita ja aurinkokennoja, mutta ne olisivat myös houkutteleva vaihtoehto moniin sovelluksiin yleisimmin käytössä olevan piin rinnalle, sillä niillä on monia ylivertaisia ominaisuuksia. Tyypillisesti puolijohdelaitteiden valmistuksessa hapettuminen pyritään estämään, mutta perinteisissä laiteprosesseissa se on käytännössä erittäin vaikeaa tai usein jopa mahdotonta, Mäkelä sanoo.

Muutamia vuosia sitten materiaalifysiikan ryhmässä löydettiin keino valmistaa yhdistepuolijohteelle happea sisältävä kiteinen rakenne, joka parantaa valmistettavien laitteiden sähköisiä ominaisuuksia moninkertaisesti. Kyseisellä menetelmällä passivoidussa laiterakenteessa niin kutsuttuja vikatiloja on vain sadasosia siitä, mitä vastaavassa passivoimattomassa laitteessa.

– Lähestymistapa tarjoaa ratkaisun yhteen puolijohdeteollisuuden merkittävimmistä ongelmista. Siksi onkin tärkeää tutkia ilmiötä useilta eri kanteilta tarkoilla tutkimusmenetelmillämme, väittelijä toteaa.

Koska kyse on atomimittakaavan rakenteista, välttämätön yksityiskohtainen tutkimustieto edellyttää erittäin pintaherkkiä tutkimusmenetelmiä ja vaativat koeolosuhteet. Tutkimuksessa hyödynnettiin esimerkiksi tunnelointimikroskopiaa lähes täydellisessä tyhjiössä.

– Näillä tutkimusmenetelmillä pystymme havainnoimaan pinnan uloimpien atomikerrosten kemiallista ja fyysistä rakennetta. Kun teemme pinnalle erilaisia käsittelyjä ja tutkimme niitä näillä menetelmillä, meillä on erinomaiset mahdollisuudet räätälöidä pintaa atomimittakaavassa. Tässäkin työssä olemme tutkineet pintaa, joka ei luonnostaan hapetu kiteiseksi, mutta samalla olemme pystyneet muokkaamaan prosessia sopivalla välikerroksella niin, että kiteinen oksidi saatiin syntymään. Vastaavaa rakennetta käytettiin myös infrapunasensorin tehokkuuden parantamiseen, Mäkelä kertoo.

Tutkimustulokset avaavat myös uusia mahdollisuuksia merkittävälle jatkokehitykselle. Vaikka saman aineen pinnan koostumus ja atomien järjestyneisyys ovat hyvin erilaisia eri suunnissa leikattua kidettä, tämä ei estä tehokasta passivointia kiteisellä oksidirakenteella.

– Havainto voi olla erittäin merkittävä tulevaisuuden teknologioiden kannalta. Pienet laiterakenteet, esimerkiksi lähitulevaisuuden mikroprosessorit, sisältävät luonnostaan aina useiden kidesuuntien pintoja, joiden passivointi voi olla pian hyvin ratkaisevassa asemassa seuraavien sukupolvien laitteiden energiatehokkuuden ja toiminnan kannalta, Mäkelä päättää.

Mäkelä esittää väitöskirjansa Investigation and Suppression of Semiconductor–Oxide Related Defect States: From Surface Science to Device Tests julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 22. helmikuuta

Vastaväittäjänä on professori Mats Göthelid (KTH Royal Institute of Technology, Ruotsi) ja kustoksena professori Kalevi Kokko (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on materiaalitiede.

Väitöskirja on julkaistu sähköisenä.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)

Palvelualojen yrityksiä ja työntekijöitä halutaan suojata häiriköiltä, keinoksi yrityskohtainen lähestymiskielto

Kaupan liitto, MaRa, PAM, EK ja SAK esittävät, että yksityishenkilöiden lisäksi myös yritysten tulisi voida hakea lähestymiskieltoa jatkuvasti häiriöitä aiheuttavilta henkilöiltä. Niin yritykset kuin työntekijätkin tarvitsevat turvallisen asiointi- ja työympäristön, liitot painottavat.

Demariryhmä esittää ulkoliikuntakenttää Syvälahden koulun viereen

Syvälahden monitoimitalon liikuntasali on demariryhmän mukaan liian pieni jaettavaksi.

Kaupunginvaltuuston demariryhmä esittää, että liikuntapaikkojen puutteeseen lähdetään hakemaan ratkaisua kartoittamalla todelliset tarpeet ja resurssit. Ensimmäisenä ratkaisuna olisi ulkoliikuntakentän perustaminen Syvälahden koulun viereen.

THL: Perusterveydenhuollossa päästävä nopeammin hoitoon

THL pitää perusteltuna perusterveydenhuollon hoitotakuun selkeää lyhentämistä.

Multa- ja kompostituotteista saattaa löytyä legionellabakteereja

Ruokaviraston ja THL:n käynnissä olevassa tutkimuksessa on selvinnyt, että yli 90 prosenttia maanparannusaineiden ja kasvualustojen näytteistä sisälsi legionellabakteereja, osassa niitä löytyi runsaastikin. Tämä ei ole yllättävää, sillä legionellabakteereja esiintyy yleisesti pieniä määriä luonnon vesissä ja maaperässä.

Pese vaatteet ympäristöystävällisesti

Serto on kehittänyt uuden ympäristöä säästävämmän pesuainereseptin, jonka valmistamiseen kuluu vähemmän vettä, ja jota tarvitsee käyttää vain 27 millilitraa koneellista kohti optimaalisen pesutuloksen saamiseksi. Pesuaine myös hoitaa ja suojaa tekstiilejä, jolloin ne kuluvat vähemmän.

Henrikin seurakuntaneuvosto valitsee uuden kirkkoherran, ehdokkaita viisi

Turun Henrikinseurakuntaan valitaan uusi kirkkoherra ensi keskiviikkona 22. toukokuuta niin sanotulla välillisellä vaalilla. Kirkkoherran valitsee Henrikinseurakunnan seurakuntaneuvosto viidestä kirkkoherraehdokkaasta.

Piiloasunnottomuus tyypillistä naisille

Naiset ottavat usein yhteyttä avuntarjoajiin liian myöhään. Y-Säätiön koordinoima hanke selvittää vähän tunnettua naisten asunnottomuutta ilmiönä.

Viemäri- ja vesijohtotyö sulkee Valtaojantien liikenteeltä

Viemäri- ja vesijohtotyö sulkee Valtaojantien liikenteeltä numeron 2 kohdalta 21.–24. toukokuuta.

Raision tulipalo hallinnassa, tulessa viisi henkilöautoa, yksi asuntovaunu ja rengaskasa

Autopurkaamon pihassa on tulipalo Raisiossa Isosuontiellä. Tulessa on viisi purettavaa henkilöautoa, yksi asuntovaunu ja rengaskasa.

Urheilu

Nimpparisankari: Tavallinen Minna sopii hyvin

Minna Grusander viihtyy tavallisen nimisenä.

Vuonna 1989 vapaaottelija Minna Grusanderin vanhempien piti antaa tyttärelleen nimeksi Anu, mutta sattuman vuoksi piti turvautua b-suunnitelmaan ja antaa tytölle nimeksi Minna.

Tuto teki jatkosopimukset Juho Mäkelän ja Juho Virtasen kanssa

Juho Mäkelä.

Jääkiekon Mestiksessä pelaava Tuto Hockey on tehnyt jatkosopimukset Juho Mäkelän ja Juho Virtasen kanssa. Hyökkääjien sopimukset kattavat kauden 2019–20.

Taika Koilahti nauttii urheilijan arjesta

Taika Koilahti nousi viime vuoden aikana kotimaisen pituushypyn eliittiin.

Turun Weikkojen Taika Koilahti on noussut ryminällä kotimaisen pituushypyn kärkikahinaan. Viime vuonna hän hyppäsi Kalevan kisoissa SM-hopeaa ja tämän vuoden helmikuussa Kupittaan urheiluhallissa Koilahti ponkaisi peräti 645. Komea tulos on paitsi Koilahden ennätys myös kaikkien aikojen viidenneksi paras suomalaishyppy hallissa.

Jälkipeli: Rauteen suku on tärkeä osa Turun Kisa-Veikkojen historiaa

Rauteen suku on ollut Turun Kisa-Veikkojen toiminnassa mukana jo kolmen sukupolven ajan. Isoisä Urho Rautee aloitti, pojat Pekka (vas.) ja Matti jatkoivat. Nyt Pekan poika Mikko vetää seuran jääkiekkotoimintaa ja tytär, Katja, on koko seuran puheenjohtaja.

Historiallinen Rientolan urheilutalo on täyttynyt ääriään myöten. Turun Kisa-Veikkojen talvikauden päätöstilaisuus todistaa, miten perinteitä huokuvalla seuralla menee hyvin. ”Kisurit” on tärkeä osa turkulaista urheiluseuraperinnettä.

Otteluanalyysi: Inter jatkoi voittoputkea KuPS:n kustannuksella

Maalivahti Aati Marttinen piti nollan.

Neljäs voitto putkeen. Tällä kertaa jalkoihin jäi KuPS. Inter korjasi Veikkausliigan pisteet 1-0 (1-0). Peli kulkee, tulosta tulee. Eikä haitannut, vaikka Timo Furuholm ja Niko Markkula olivat pelikiellon takia sivussa. Paikkaajia löytyy.

Esimakua finaalista jo alkukaudesta?

Trojansin naisten joukkue kohtaa Roostersin lauantaina.

Naisten amerikkalaisen jalkapallon kausi on vasta päässyt käyntiin, kun nousijajoukkue Turun Trojans matkustaa 18. toukokuuta Helsinkiin Roostersin vieraaksi. Trojans on asettanut kauden tavoitteekseen finaalipaikan. Naisten Vaahteraliigan kestomenestyjiin kuuluva Roosters on hyvä mittari, missä Trojans tällä hetkellä menee.

Täysosuma
Kevään kestävä kissa.
Kevään kestävä kissa.
- Kevät tuli jo, niin minäkin. Mutta miks jengi on yhä talvipalttoossa?
- Kevät tuli jo, niin minäkin. Mutta miks jengi on yhä talvipalttoossa?
Ei mikään viivelähtö.
Ei mikään viivelähtö.
Oli kovat alennusprosentit, kun kärryillekin tuli kiire.
Oli kovat alennusprosentit, kun kärryillekin tuli kiire.
Siitä prinssistä tulin kysymään...
Siitä prinssistä tulin kysymään...
Lepuuttaahan tälläkin.
Lepuuttaahan tälläkin.
Jaa ei? No mitäs mä näillä suksilla sitte teen?
Jaa ei? No mitäs mä näillä suksilla sitte teen?
On niin kuuma toukokuu, että meni sateenkaarikin soiroksi.
On niin kuuma toukokuu, että meni sateenkaarikin soiroksi.
Just nyt ei tarvitse palvella, kiitos.
Just nyt ei tarvitse palvella, kiitos.
Huh huh, tämäkin vielä!
Huh huh, tämäkin vielä!