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)

Talvitulva yhdessä maan jäätymisen kanssa heikentää juurten kasvua seuraavan kasvukauden aikana

Ilmaston lämpenemisen on ennustettu lisäävän talviaikaista sadantaa pohjoisilla leveysasteilla. Seurauksena on lumipeitteen oheneminen, maan routaantuminen sekä jäätymissulamissyklien ja talvitulvien lisääntyminen nykyilmastoon verrattuna. Nämä talviaikaiset maaperän muutokset kohdistuvat juuriin. Vaikutukset kuitenkin ilmenevät juurissa ja maanpäällisissä kasvinosissa vasta sen jälkeen, kun kasvukausi on käynnistynyt.

Kuorma-autoilla kuljetettu tavaramäärä väheni viime vuoden lopulla

Kuorma-autojen tavarankuljetukset kotimaan liikenteessä neljännesvuosittain.

Vuoden 2018 neljännellä neljänneksellä kuorma-autoilla kuljetettiin tavaroita 66 miljoonaa tonnia, mikä oli 16 prosenttia vähemmän kuin edeltävän vuoden vastaavalla neljänneksellä.

Norjalaisen lohen vienti Suomen kautta lisääntyi edelleen

Suomesta vietiin kalaa ja kalatuotteita 85 miljoonaa kiloa vuonna 2018. Viennin määrä kasvoi kahdeksalla ja puolella miljoonalla kilolla edellisvuodesta. Viennin arvo, 181 miljoonaa euroa, kasvoi 33 miljoonaa euroa.

Radioaktiiviselle metaanille uusi mittauskeino

Juho Karhun väitöstutkimuksessaan kehittämä mittausmenetelmä on ensimmäinen askel kohti riittävän tarkan mittauslaitteen luomista. Karhun artikkeli ilmestyi helmikuussa Optics Letters -julkaisussa, joka on fotoniikan alan arvostetuimpia kansainvälisiä julkaisuja. Artikkeli käsittelee radioaktiivisen metaanin uudenlaista mittaustapaa.

Neljän naisäänen ja kontrabasson taikaa perjantaina Café Tiljanissa

Signe saapuu perjantaina Flame Jazzin vieraaksi.

Signen musiikki kulkee jazzin, nykymusiikin ja kuunnelman rajapinnoilla. Yhtyeen omintakeinen soundi syntyy varsin poikkeuksellisesta instrumentaatiosta: kokoonpanossa laulavat Riikka Keränen , Selma Savolainen , Josefiina Vannesluoma sekä myös kontrabassoa soittava Kaisa Mäensivu , joka asuu ja työskentelee tällä hetkellä New Yorkissa.

Koiratutkimukselle lisärahoitusta atopian syiden ja ihmisen syövän varhaiseen löytämiseen

Koirien avulla voidaan saada lisätietoa ihmisten allergioista ja tunnistaa kasvaimet jo aikaisessa vaiheessa. Eläinlääketieteen dosentti Anna Hielm-Björkman Helsingin yliopiston eläinlääketieteellisestä tiedekunnasta on saanut kaksi apurahaa Svenska Kulturfondenilta. Ensimmäisen, 35 000 euron suuruisen, apurahan hän sai koiraprojektiin, jossa tutkitaan esimerkiksi, miten suoliston mikrobisto, aineenvaihdunta ja geenien ilmeneminen muuttuvat dieetin ja ympäristön ansioista atooppisilla ja terveillä koirilla.

Pk-yritysten hallituksiin kaivataan uutta osaamista

Kaisa Leiwo.

Pk-yritykset panostavat hallitustyöhön ja ovat löytäneet myös ulkopuolisia hallituksen jäseniä. Tulevaisuus haastaa hallituksen osaamisen esimerkiksi kasvutavoitteiden, kansainvälistymisen ja teknologisen murroksen muodossa, mikä huolettaa erityisesti toimitusjohtajia. Turun seudulla luottamus hallitusten osaamiseen on korkeampaa kuin Suomessa yleisesti.

Tulevaisuuden lämpimät talvet voivat heikentää metsäpuiden taimien selviytymistä

Luonnonvarakeskuksen (Luke) mukaan lämpenevällä ilmastolla voi olla sekä positiivisia että negatiivisia vaikutuksia puustoon. Toisaalta lämpenemisen ennustetaan lisäävän huomattavasti puiden kasvua ja tuotosta, mutta samalla lumen vähyys heikentää havupuun taimien selviytymistä talven aikana. Tulokset viittaavat siihen, että ohuempi tai puuttuva lumipeite vaikuttaa eri tavalla havu- ja lehtipuihin, mikä puolestaan vaikuttaa näiden väliseen kilpailuun.

Toimialajohtaja: Vireillä olevista valvonta- ja kanteluasioista ei ole ollut tapana kertoa julkisuuteen

Jaakko Lindfors (vas.) on moittinut Turun siitä, että kaupunginhallitukselle ei ole kerrottu tarkkoja tietoja vireillä olevista vanhuspalveluiden valvonta- ja kanteluasioista. Turun kaupungin hyvinvointitoimialan toimialajohtaja Riitta Liuksa kertoo, että yleisenä käytäntönä on ollut, ettei vireillä olevista valvonta- ja kanteluasioista kerrota julkisuuteen ennen kuin asiasta on aluehallintoviraston päätös.

Urheilu

Puukkokatsomo: Katsojapula haasteena

Toiseksi korkein runkosarjan katsojakeskiarvo oli TPS:llä, vajaat 5 500 katsojaa.

Jääkiekon Liigalla on käsillä tärkeä kevät. Suomen ykköslajin korkeimmalla sarjatasolla riittää pohdittavaa, sillä päättyneen runkosarjan katsojamäärät eivät valtakunnallisella tasolla mairittele. Kaudella 2018–19 koko Liigan katsojakeskiarvo oli 4 232 katsojaa.

Paavo Nurmi Gamesissa jaossa Tokion olympiapaikat

Wilma Murto ja monet muut suomalaishuiput saavat venyä parhaimpaansa, jotta Tokion olympialaisten tulosrajat saavutetaan.

Kansainvälinen yleisurheiluliitto IAAF julkisti maaliskuun alulla tulosrajat, joilla urheilijat lunastavat paikkansa Tokion 2020 olympialaisiin. Suomalaisittain tulosrajat ovat kovat ja oletettavasti vain muutama urheilija pääsee rajan rikkomalla olympialaisiin.

Inter kohtaa puolivälierissä VPS:n Kupittaalla

Jalkapalloilun Suomen Cupin puolivälierävaiheen otteluparit arvottiin tiistaina. Inter, joka on Cupin hallitseva mestari, saa kotiottelussa vastaansa Vaasan Palloseuran. Ottelu pelataan lauantaina 30. maaliskuuta kello 15 kentällä Kupittaa 5.

Seppo Paju kolmonen frisbeegolfin Disc Golf Pro Tourin osakilpailussa Yhdysvalloissa

Seppo Paju.

Vuoden miespelaajaksi Euroopassa valittu lietolainen Seppo Paju sijoittui kolmanneksi frisbeegolfin Disc Golf Pro Tourin osakilpailussa Teksasissa Yhdysvalloissa. Pajun sijoitus sivuaa parasta suomalaistulosta Disc Golf Pro Tourilla.

Elomo jatkaa Tuton päävalmentajana

Miika Elomo.

Tuto Hockey on solminut ensi kauden kattavan jatkosopimuksen päävalmentaja Miika Elomon kanssa. Käynnissä oleva kausi on Elomon kolmas kokonainen Tuto Hockeyn peräsimessä. Pesti alkoi helmikuussa 2016, jolloin hän otti joukkueen komentoonsa kesken kauden.

Interistä sähkärifutsalin maajoukkueeseen

Leo Ritola (vas.), Léo Järvi sekä Alex ja Aaron Lundell.

FC Inter Powerchairin Alex Lundell ja Onni Martikainen on valittu sähköpyörätuolijalkapallomaajoukkueeseen. Suomen maajoukkue matkaa lajin EM-kisoihin, jotka käydään toukokuun 21.–26. elokuuta Pajulahdessa.

Täysosuma
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!
Huomaahan tuon tyhmempikin.
Huomaahan tuon tyhmempikin.
Mitäköhän vakuutusyhtiö tuumii, jos ajaa autolla merimiinaan?
Mitäköhän vakuutusyhtiö tuumii, jos ajaa autolla merimiinaan?