Tutkijat kehittivät ratkaisun uuden sukupolven 5G-kommunikaatioon

​Materiaalifysiikan tutkijaryhmä on kehittänyt uusia rajapintoja, jotka mahdollistavat ylivertaisten nanoelektroniikan komponenttien valmistamisen. Vuoden alussa alkaneen hankkeen tavoitteena on valmistaa laiteprototyyppejä ja valmistella niiden avulla keksintöjen kaupallistamista.

Tutkijoiden kehittämien komponenttien ylivertaisuus perustuu siihen, että piin jo osittain korvanneisiin yhdistepuolijohdemateriaaleihin normaalisti jäävien materiaalivirheiden määrää saadaan vähennettyä jopa 97 prosenttia standardimenetelmiin verrattuna. Tämän ansiosta laitteessa sähkövirtaa kuljettavat elektronit pääsevät liikkumaan helpommin ja materiaalin sisällä hukkalämpöön johtavien tapahtumien määrä pienenee. Näin laitteista saadaan huomattavasti energiatehokkaampia.

– Kyseessä on keksintö, josta puolijohdeteollisuus ja elektroniikkavalmistajat hyötyvät, joten potentiaaliset markkinat ovat laajat. Kehittämämme menetelmät voidaan yhdistää jo olemassa oleviin nanoelektroniikan tuotantoprosesseihin ilman suuria muutoksia, projektista vastaava erikoistutkija Johnny Dahl sanoo.

Teknologian ja innovaatioiden kehittämiskeskus Tekes myönsi tutkijaryhmälle 1,5 vuoden Tutkimusideoista uutta tietoa ja liiketoimintaa -rahoituksen.

– Koska komponenttien tehokkuus paranee menetelmillämme niin suuresti, meillä on paljon annettavaa esimerkiksi viidennen sukupolven langattoman viestinnän ja optisen tiedonsiirron teknologian kehitykseen. Menetelmämme soveltuvat hyvin muun muassa mikroprosessorien, transistorien, ledien, laserien sekä puolijohteisiin perustuvien aurinkokennojen ja sensorien tuotantoon. Menetelmät sopivat myös avaruustutkimuksessa tarvittavien elektroniikan materiaalien parantamiseen, mikä laajentaa entisestään kaupallista potentiaalia, Dahl jatkaa.

Yksi merkittävimmistä Suomessa kehitetyistä nanoelektroniikan materiaalien valmistusmenetelmistä on Tuomo Suntolan maailmalle tunnetuksi tekemä atomikerroskasvatus-menetelmä (Atomic Layer Deposition, ALD). Innovaationa oli uusi tapa kasvattaa ohuita materiaalikalvoja atomikerros kerrallaan erittäin tasalaatuisesti ja hallitusti.

– Laitteiden ja laitemateriaalien pintoja on nykyään kehitettävä ja tutkittava atomitarkkuudella, koska nanoelektroniikan laitteissa pintakerrokset muodostavat merkittävän osan koko laitemateriaalista. Me olemme löytäneet uusia tapoja järjestellä atomeja puolijohdemateriaalin pinnalla siten, että laitteiden energiatehokkuus paranee yllättävän paljon. Atomien järjestely tehdään juuri ennen ALD-kasvatusta, tohtorikoulutettava Marjukka Tuominen toteaa.

Turun yliopisto on hakenut patentteja tutkimustuloksille ja useassa maassa patentti on jo myönnetty. Tekesin myöntämä rahoitus tarjoaa tutkijoille hyvän mahdollisuuden tulosten kaupallistamiseen.

– Tavoite on kova, mutta samalla tämä haaste motivoi ja innostaa koko tutkimusryhmäämme, tohtorikoulutettava Jaakko Mäkelä sanoo.

– Meillä on jo kasassa teknologiset todisteet siitä, että uusilla menetelmillämme voidaan parantaa elektroniikan materiaaleja valtavasti. Hankkeen loputtua meillä tulee olemaan valmiudet esimerkiksi start-up yrityksen perustamiseen, Dahl lisää.

JV
Kuva: Hanna Oksanen