Turun yliopistossa ensi viikon perjantaina väittelevä Zahra Rad on kehittänyt tekniikkaa, jolla voi olla mullistava vaikutus puolijohteiden valmistuksessa. Uudenlaisen atomitason pintapuhdistustekniikalla voidaan valmistaa entistä pienempiä, pitkäikäisempiä ja tehokkaampia  siru- ja elektroniikkaratkaisuja.

Puolijohteista valmistettujen elektronisten ja fotonisten komponenttien koko on pienentynyt jatkuvasti. Tämä on tehnyt myös pintafysiikan tutkimuksesta jatkuvasti tärkeämpää.

’’Komponenttien koon pienentyessä pinnan rooli laitteiden suorituskyvyssä ja ominaisuuksissa tulee entistä tehokkaammaksi ja tärkeämmäksi. Kiteisen puolijohteen pintaosa sisältää luonnollisesti enemmän materiaalivirheitä kuin sen alla oleva massamateriaali, mikä aiheuttaa sähköisiä ja optisia häviöitä puolijohteista valmistetuissa laitteissa’’, sanoo Turun yliopiston väitöskirjatutkija Zahra Rad.

Väitöstutkimuksessaan hän keskittyi parantamaan pii- ja galliumarsenidipuolijohteiden virheellisiä pintoja hyödyntämällä avaruuden kaltaista tyhjiötä sekä kemiallisia käsittelyitä.

Tutkimuksessa pyrittiin löytämään pintakäsittely- tai pintapuhdistusmenetelmiä, joita on mahdollista soveltaa teollisessa mittakaavassa. Tutkimuksessa testattiin lisäksi mainittujen käsittelyjen vaikutusta erilaisiin elektronisiin laitteisiin.

Tutkimuksessa onnistuttiin osoittamaan, että tutkitun tyhjiökäsittelyn jälkeen piipuolijohteen vikatiheys ja vuotovirta vähenivät ja puolijohteen elinikää pystyttiin pidentämään.

Tutkimuksessa kehitettiin lisäksi yksinkertainen märkäkemian menetelmä galliumoksidin nanokiteiden kasvattamiseksi galliumarsenidipuolijohteiden pinnalle, minkä avulla voidaan vähentää siitä valmistettujen optoelektroniikkalaitteiden pintatappioita.

’’Näillä uusilla pintapuhdistustekniikoilla on todella merkittävää potentiaalia puolijohteiden ja muun elektroniikan valmistuksessa. Teknologian avulla puolijohteita on mahdollista puhdistaa atomitasolla. Sen avulla on mahdollista valmistaa entistä pienempiä ja tehokkaampia siruja, ja niistä saadaan myös pitkäikäisempiä’’, Rad kertoo.

Radin väitöstutkimuksessa kehittämille menetelmille on myönnetty useita patentteja, ja väitöstutkimukseen osittain pohjautuen on perustettu uusi startup SisuSemi Oy, joka on hiljattain saanut yli miljoonan euron investoinnin.

Lisää: MSc Zahra Jahanshah Radin väitöskirja: Wet chemical and ultra-high vacuum treatments of semiconductor surfaces to decrease electrical and optical losses in devices (LINKKI).