Järjestyksessään jo kahdeksas Millennium-teknologiapalkinto annettiin tiistaina 22.5.2018. Sen sai suomalainen Tuomo Suntola, joka kehittämä atomikerroskasvatusteknologia on tieteen ja tekniikan varsinainen monitoimityökalu.
Periaate on hyvin yksinkertainen: on tyhjökammio, missä on pinta, jonka päälle halutaan kerrostaa erilaisia aineita. Aineita höyrystetään yksi kerrallaan kammion sisälle sopivissa olosuhteissa (paine ja lämpötila), jolloin niiden atomeita laskeutuu pinnalle ja muodostaa siihen molekyylikerroksen.
Pinta huuhdellaan eri aineiden höyryttämisen välillä ja kerrosten paksuutta voidaan höyrytyksen aikaa ja ainemäärää säätämällä.
Kerrokset voivat olla joko koko pinnan tasaisesti kattavia, tai niihin voidaan saada aikaan muotoja laittamalla pinnan päälle esimerkiksi valottamalla filmin kaltainen kerros ainetta, joka estää kerroksen muodostumisen. Tämä laminaattikerros huuhdellaan höyrytyksen jälkeen pois, jolloin tuloksena on juuri halutun kaltainen kuvio pinnalla.
Kun tällaisia tarkasti suunniteltuja, eri aineista koostuvia kerroksia ladotaan päällekkäin monia, saadaan aikaan kolmiulotteinen nanokokoa oleva rakenne – kuten esimerkiksi mikropiiri tai valoa hohtava pinta.
Ensimmäinen ALD-tekniikan sovellus olikin elektroluminesenssinäyttö. Niissä lasilevyn päälle rakennettiin atomikerroskasvatuksella ensin läpinäkyvä johderivistö, sitten eristekerros ja sen jälkeen hohdemateriaalikerros, jonka päälle jälleen uusi eristekerros ja lopuksi vielä johdinrivistö. Elektroluminesenssinäytöt ovat erittäin luotettavia ja käteviä yhä edelleen.
Nyt palkittu Tuomo Suntola kehitti ensinnä ALD-teknologian ja ohutkalvojen valmistuslaitteiston 70-luvulla, ja sai niille kansainvälisen patenttisuojan. Tämä mahdollisti ohutkalvojen laajamittaisen teollisen valmistamisen.
ALD-teknologian taustalla olevaa tieteellistä perustutkimusta olivat tehneet myös silloisessa Neuvostoliitossa professorit Valentin B. Aleskovski ja Stanislav I. Koltsov.
”Kun puolijohdeteknologiassa ymmärrettiin ALD-teknologian merkitys 2000-luvun alussa, sen käyttö räjähti valtavaan kasvuun”, Tuomo Suntola toteaa TAF:n tiedotteessa.
Tekniikkaa käytetään runsaasti myös muihin tarkoituksiin ja etenkin ohutkalvojen hyödyntämisestä lääketieteellisissä instrumenteissa ja implanttien pinnoilla on saatu lupaavia tutkimustuloksia.
Startup-yrityksiä on syntynyt kaupallistamaan teknologiaa esimerkiksi sovelluksissa, jotka säätelevät lääkeaineiden vapautumista ihmiskehossa.
ALD-menetelmällä voidaan parantaa muun muassa aurinkokennojen, led-valojen ja sähköautojen litium-akkujen suorituskykyä ja sitä voidaan hyödyntää ympäristöystävällisissä pakkausmateriaaleissa. Menetelmää käytetään myös erilaisissa optiikan sovelluksissa. Arkipäivän käytössä ohutkalvot estävät metallin tummumista kellojen ja hopeakorujen pinnoitteissa.
ALD-kalvojen valmistukseen käytettävien laitteistojen ja kemikaalien maailmanlaajuiset markkinat ovat arviolta noin kaksi miljardia dollaria, ja ALD-teknologiaan nojaavan kuluttajaelektroniikan markkina-arvo yltää jo ainakin viiteensataan miljardiin dollariin.
Atomikerroskasvatusta VTT:n laboratoriossa. Kuva: VTT
Konkreettisimmin ALD on vaikuttanut mikroprosessoreiden ja muistikomponenttien tekemiseen. Elämämme onkin mullistunut koko ajan tehokkaampien älypuhelinten ja tietokoneiden ansiosta. Teknologian kehitys puolestaan on tehnyt mahdolliseksi monia nyt arkisia sovelluksia sosiaalisesta mediasta tekoälyyn.
Suntolan innovaatio on yksi keskeinen tekijä siinä, että kuuluisa Mooren laki on jatkunut aina tähän päivään saakka: mikropiirien teho on kaksinkertaistunut parin vuoden välein hintojen kuitenkin samalla laskiessa.
”ALD-menetelmä on malliesimerkki käyttäjälle piilossa olevasta teknologiasta, joka on kuitenkin välttämätöntä näkyvälle kehitykselle. ALD on demokratisoinut tietotekniikan omistamista ja sen myötä ihmiskunnan tiedonsaantia ja viestintämahdollisuuksia”, sanoo Millennium-teknologiapalkinnon kansainvälisen palkintolautakunnan puheenjohtaja, Aalto-yliopiston professori Päivi Törmä.
*
Juttu perustuu osittain Tekniikan Akatemian tiedotteeseen. Video on Tekniikan Akatemian YouTube-kanavalta.
