Valoa voidaan käyttää nopeampaan tietotekniikkaan, mutta valmistuksessa maltti on valttia

Seitinohuet valojohteet kuljettavat tietoa

Työskentelen valosignaaleja käsittelevän puolijohdeteknologian parissa, monesti sekä näkymättömien, että lähes näkymättömien asioiden ja ilmiöiden äärellä. Tämä teknologia on nykyisten tietokoneiden sähkösignaaleilla toimivien keskusyksiköiden jälkeläinen, jolla on mahdollisuudet edeltäjäänsä monipuolisempiin ja nopeampiin sovelluksiin. Koska ymmärrettävästi tietotekniset laitteet halutaan pakata aina vain pienempiin ja pienempiin paketteihin, on seurauksena laitteen muodostavien komponenttien pieneneminen. Kehitettävien komponenttien mitat lasketaan mikro- ja nanometreissä. Havainnollistavana mittatikkuna voidaan käyttää hämähäkinseittiä, joka on noin 1-3 mikrometriä paksua, eli tuhannesosa millimetristä. Oma työni käsittelee rakenteita, jotka pyörivät yhden mikrometrin molemmin puolin. Siis seitinohuita rakenteita. Tämä luo aivan oman haasteensa tutkimukselle.
Tutkimukseni keskittyy kehittämään menetelmiä, jotka mahdollistavat kahdesta eri materiaalista valmistettujen puolijohdekomponenttien yhdistämisen toisiinsa mikrometrin kymmenesosan tarkkuudella. Tämä on tärkeää, koska kehittämäni valoa tuottavat sirut tuottavat tietoa kuljettavan signaalin, joka syötetään piistä valmistettuun tiedonkäsittelyalustaan, jolla voidaan tietokoneen elektronistenpiirien tapaan käsitellä tietoa. Valmistuksessa yksi suurimmista haasteista on onnistua kohdistamaan pienen pienet valokaavat niin, että valoa ei valu hukkaan.

Kärsivällinen huuhtoo kultahippuja hiekkakasasta

Tutkimus on monesti yksitoikkoista puurtamista alituisesti ilmenevien uusien ongelmien parissa. Kun astutaan ennen tekemättömien ja kokemattomien aluevaltausten piiriin, lähes poikkeuksetta vaaditaan lukuisia yritys-erehdys -kierroksia ennen kuin mitään toimivaa saadaan aikaan. Tutkimus kasvattaa kärsivälliseksi. Samalla itse koen suurimman oppini kuluneen vuoden aikana koskevan juuri tätä: kuinka seulomme kultahipun kottikärryllisestä hiekkaa. Arkisen puurtamisen lomassa kimmeltäviä hippuja ovat ne hetket, kun kärsivällisesti kerätyt huomiot lukuisien kokeilujen tuloksena synnyttävät uuden oivalluksen. Nämä oivallukset ovat monesti pieniä, mutta kasautuessaan niistä vähitellen rakentuu jotain suurempaa. Työn ulottuessa monesti useiden vuosien varrelle, juuri nämä pienet oivalluksenhiput ovat niitä tärkeimpiä, jotka motivoivat kaivamaan yhä syvemmälle.
Suurimpia voitonhetkiäni kuluneen vuoden aikana ovat olleet omalla tavallaan piskuiset, mutta työn onnistumisen kannalta tärkeät löydöt: kuinka poistetaan valmistusprosessin aikana syntynyt ylimääräinen ”lika”kerros, mikä prosessikaasu aiheuttaa vähiten näytteeseen pienimmät vauriot. Monien näiden kaltaisten löytöjen takana on huolellinen havainnointi ja dokumentaatio. Jotta voimme havaita erilaisten muuttujien vaikutukset, tarkka havainnointi on välttämätöntä. Kun tarkasteltavien yksityiskohtien määrä kasvaa riittävän suureksi, tämä lähes itsestäänselvyydeltä kuulostava ajatus alkaa helposti katoamaan hiekanjyvien mereen. Vielä vaikeammaksi työn tekee se, että kaikki kultahiput eivät ole silmin havaittavissa, tai edes parhaimmilla mikroskoopeilla.
Kuluneena vuonna monet näkyvät ja näkymättömät kultahiput ovat olleet mukana muodostamassa kehittyneempiä valmistusprosesseja, jotka mahdollistavat seitinhienojen valoa tuottavien rakenteiden valmistamisen ja yhdistämisen tiedonkäsittelypiireille.

Heidi Tuorila työskentelee tohtorikoulutettavana Tampereen yliopistossa Optoelektroniikan tutkimuskeskuksessa. Tuorila sai säätiön kannustusapurahan vuonna 2020.