Valoa voidaan käyttää nopeampaan tietotekniikkaan, mutta valmistuksessa maltti on valttia

25.8.2021/Teksti: Heidi Tuorila

Heidi Tuorila

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.

Uusimmat artikkelit

Nitrides for brighter future

Kirjoittajalta Marianna / 6.6.2023

Nitrides for brighter future 6.6.2023/Text: Igor Prozheev Ever since discovery of semiconductors and their first application in transistors in the middle of the 20th century, academic and industrial researches were developing these wonderful materials. Following the requirement to enhance performance while reducing production costs, enthusiasts were able to pack high power in miniature sizes. Remember…

Edelläkävijäyritykset sisällyttävät ympäristönäkökulmia investointipäätöksiinsä

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 6.10.2022

Edelläkävijäyritykset sisällyttävät ympäristönäkökulmia investointipäätöksiinsä 6.10.2022/Teksti: Natalia Saukkonen Muutos kohti kestävämpää yhteiskuntaa vaikuttaa välttämättömältä, kun tarkastellaan ympäristön huononevaa tilaa. Edelläkävijäyritykset voivat osaltaan edistää kestävyysmuutosta investoimalla ympäristöystävällisempiin teknologioihin. Tutkin väitöskirjassani yritysten investointipäätöksiä ja ympäristönäkökulmien sisällyttämistä niihin. Ilmastonmuutos ja kaupunkien huono ilmanlaatu ovat esimerkkejä ongelmista, joiden ratkaisemiseksi tarvitaan kestävyysmuutosta. Käytännössä muutos tarkoittaa esimerkiksi maaliikenteen infrastruktuurin, käyttövoimien ja ajokäytäntöjen…

Monimutkaisen projektin johtaminen vaatii systemaattista yhteen hiileen puhaltamista

Kirjoittajalta Tekniikan edistämissäätiö / 22.9.2022

Monimutkaisen projektin johtaminen vaatii systemaattista yhteen hiileen puhaltamista 22.9.2022/Teksti: Laura Saukko Lehdistössä olemme usein saaneet lukea esimerkiksi suurten infrastruktuuri- tai rakennusprojektien kustannusten karkaamisesta ja muista epäkohdista projektien toteutuksissa. Tiedetään, että projektin toimijoiden välisen yhteistoiminnan avulla saavutetaan huomattavasti aiempaa parempia lopputuloksia. Käytännön askelmerkeissä siihen, kuinka sujuvaan yhteistoimintaan päästään, on kuitenkin vielä selvitettävää. Väitöstutkimuksessani pureuduin niihin konkreettisiin…