VTT:Puolijohdeteknologia vahvasti mukana tietoyhteiskunnan kehityksessä

21.8.2014

Mikroelektroniikan kehitys sai vauhtia Suomessa 50 vuotta sitten, kun VTT:n puolijohdelaboratorio ja Teknillisen korkeakoulun elektronifysiikan laboratorio aloittivat toimintansa. Tutkimusorganisaatiot ovat yhdessä kouluttaneet satoja asiantuntijoita, jotka ovat sijoittuneet alan merkittäviin yrityksiin. Suomessa toimii useita puolijohdeteknologiaa hyödyntäviä yrityksiä, jotka ovat alallaan markkinajohtajia maailmanlaajuisesti. Tuotteet vaikuttavat arkipäivässämme niin terveydenhuollossa, liikenteessä kuin esimerkiksi ympäristönsuojelussa.

Puolijohdekomponentteihin perustuvalla elektroniikalla on yhä kasvava rooli tietoyhteiskunnan kehityksessä. Vuonna 2013 maailman puolijohdemarkkinat ylittivät ensimmäisen kerran 300 miljardin Yhdysvaltain dollarin rajan. Massatuotantona valmistettavan teknologian avulla kuluttajat saavat edullisemmin ja enemmän kuin koskaan aiemmin tietoa omasta terveydentilastaan, ympäristöstään ja turvallisuudestaan kannettavien laitteiden, kuten puhelinten, tunnistusominaisuuksien avulla. Puolijohdekomponenttien radikaali miniatyrisointi on tehnyt mahdolliseksi entistä suorituskykyisempien laitteiden valmistamisen entistä pienemmässä koossa.

Puolijohdeteknologian käyttökohteita ovat esimerkiksi tietokoneet, älypuhelimet, viihde-elektroniikan tuotteet, tietoliikennelaitteet, autojen turvallisuutta lisäävät liikeanturit, lääketieteelliset kuvauslaitteet ja mittauselektroniikan monet sovellukset.

”Suomella on hyvät mahdollisuudet olla kehityksen kärjessä, koska täällä on maailmanluokan teknologiaosaamisen lisäksi käytettävissä vaadittava infrastruktuuri sekä yritys- ja tutkimusorganisaatioiden muodostama tehokas yhteistyöverkosto”, toteaa tutkimusjohtaja Harri Kopola VTT:stä.

Puolijohdetekniikan hallitseva materiaali on edelleen yksikiteinen pii. Sen pääasialliset hyödyntämiskohteet ovat mikroprosessorien ja puolijohdemuistien valmistuksessa. Stabiilina ja pienihäviöisenä materiaalina se soveltuu myös erittäin hyvin mekaaniseen liikkeeseen perustuvien antureiden valmistukseen.

VTT on keskittynyt erityisesti piipohjaisten mikrojärjestelmien ja painetun elektroniikan kehittämiseen. VTT:n kehittämiin mikrojärjestelmiin kuuluvat monentyyppiset anturit kuten paine-, ultraääni- ja magneettikenttäanturit, mikrospektrometrit ja mikroresonaattorit. Antureiden markkinat ovat jatkuvassa kasvussa, ja esimerkiksi terveydenhoidon sovellusmarkkinoiden on arvioitu kolminkertaistuvan lähivuosina.

VTT:n kehittämiä tuotteita kaupallistamaan on hiljattain perustettu kolme uutta startup-yritystä Asqella, Advacam ja Spectral Engines.

Säteilyilmaisimia mittauslaitteisiin ja terveydenhuoltoon

Puolijohdeilmaisimilla voidaan havaita ja kuvantaa sähkömagneettista säteilyä infrapuna-alueelta suurenergiseen gammasäteilyyn asti. Sovelluskohteita ovat muun muassa lääketieteelliset kuvauslaitteet, materiaalianalysaattorit, säteilyturvallisuuteen liittyvät instrumentit sekä hiukkasilmaisimet suurenergiafysiikan tutkimuslaitoksissa. Merkittäviä suomalaisyrityksiä ovat Ajat, Planmeca, Oxford Instruments, Detection Technology sekä VTT-taustainen Advacam.

Kohti entistä pienempiä laitteita

VTT on kehittänyt mikromekaaniseen rakenteeseen perustuvia, miniatyrisoituja spektrometrejä. Niitä voidaan käyttää esimerkiksi avaruudesta käsin tapahtuviin ympäristömittauksiin. VTT:n kehittämä kevyt ja erittäin tarkka hyperspektrikamera on yksi uusimmista sovelluksista. Kapeita aallonpituuskaistoja rekisteröivän kameran avulla voi havaita ihosyövän esiasteet muutamassa sekunnissa, tehdä ympäristön tilasta kertovia mittauksia tai tehdä silmäpohjan kuvauksia entistä tehokkaammin. Innovaatiolla voi olla mittavat kaupalliset menestysmahdollisuudet. Pilottivaiheessa olevan tutkimushankkeen yhteistyökumppaneina ovat olleet Jyväskylän yliopisto, Päijät-Hämeen keskussairaala ja HYKSin Iho- ja allergiasairaala.

Suomessa kehitetty ALD-teknologia voimissaan

Suomalaiset ovat jo 40 vuoden ajan kehittäneet atomikerroskasvatusmenetelmää eli ALD-teknologiaa. Menetelmällä voidaan kasvattaa toistettavasti erittäin ohuita ja virheettömiä kalvorakenteita myös topografisesti vaikeille pinnoille. Ensimmäinen teollinen sovellus oli Lohja Oy:n kehittämä kirkas elektroluminenssinäyttö 1980-luvulla. Sen jälkeen ALD-teknologia on tullut transistorien hilaeristeisiin ja muistipiireihin. Teknologialla on edelleen runsaasti kasvumahdollisuuksia. Suomessa toimivia ALD-teknologiaa kehittäviä yrityksiä ovat esimerkiksi Picosun, Beneq ja ASM International.

50 vuotta puolijohdetutkimusta Suomessa

Tämän vuoden elokuussa tulee kuluneeksi 50 vuotta siitä, kun VTT:n puolijohdelaboratorio ja Teknillisen korkeakoulun elektronifysiikan laboratorio aloittivat toimintansa korkeakoulun vanhalla sähköosastolla Helsingissä. Tapahtumaa juhlistetaan 21.8.2014 Espoossa seminaarissa, jossa tuodaan esiin mikroelektroniikan ja sitä hyödyntävän teollisuuden merkittävä markkinapotentiaali.

Mitä puolijohteet ovat?

Puolijohteet muodostavat nykyaikaisen mikroelektroniikan materiaalisen perustan. Niiden ominaisuuksia voidaan säätää sähköä eristävän ja johtavan tilan välillä. Transistorin keksimisen (1947) jälkeen integroitujen piirien kehittäminen (1959) loi kasvualustan puolijohdeteollisuudelle, jossa yhdelle sirulle integroitujen komponenttien lukumäärä on keskimäärin kaksinkertaistunut vuoden välein viimeisten yli viidenkymmenen vuoden aikana ns. Mooren lain mukaisesti. Tämän kehityksen tuloksena ovat syntyneet tehokkaat mikroprosessorit ja muistipiirit, joita ilman nykyisen kaltaiset tietokoneet ja älypuhelimet eivät olisi mahdollisia. Integroitujen piirien ohella puolijohteille on kehitetty uusia käyttötapoja esim. mikromekaanisissa (MEMS) antureissa, joita hyödynnetään liiketunnistukseen muun muassa autojen ajonvakausjärjestelmissä, älypuhelimissa ja peliohjaimissa.

MEDIAMATERIAALI

KUVA: VTT (spray-etsaus, kuvioitu kiekko)

Lehdistötilaisuuden esitysmateriaali 21.8.2014:

- Liiketoiminnan operatiivinen johtaja Arto Maaninen, VTT: 50 vuotta puolijohdetutkimusta Suomessa
- Tutkimusjohtaja Harri Kopola, VTT: From materials physics to nanoscale devices

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00