Mikrosiru

Pii pienentää häviöt ja häiriöt tieto- ja viestintäteknologiassa – tutkijat kehittävät piimateriaalien ominaisuuksia uudessa hankkeessa

04.11.2021

Business Finland on myöntänyt 397.000 euron rahoituksen Turun yliopiston Beetles-TY-hankkeelle, jossa kehitetään fysikaalisia malleja piimateriaaleille. Piimateriaaleja käytetään erityisesti ICT-teknologiassa ja esimerkiksi aurinkokennoissa. Hanke on osa suurempaa VTT:n johtamaa BEETLES – BEOL ecosystem for Telecommunication and Sensors -konsortiota, johon kuuluu myös useita puolijohdealan yrityksiä.

Langattomien ja kannettavien tietoliikennelaitteiden laajeneva käyttö on luonut kasvavan tarpeen tehokkaille, edullisille ja pienikokoisille radiotaajuisille mikropiireille. Ongelmana näissä on saada suuri määrä passiivisia komponentteja, mukaan lukien virtajohtimet, induktorit, kondensaattorit, suotimet ja antennit, yhteiselle alustalle samalla pitäen niiden häviöt alhaisina ja keskinäiset häiriöt vähäisinä.

Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitoksen materiaalifysiikan tutkimusryhmässä toteutettavassa Beetles-TY-hankkeessa tavoitteena on fysikaalisten mallien kehittäminen piimateriaaleille. Projektissa kehitetään suomalaisen erikoispiikiekkovalmistajan Okmetic Oy:n kanssa malleja monikiteisen piin kasvatukseen ja sähkömagneettisiin ominaisuuksiin liittyen. Piipuolijohteiden tutkimus on yksi tutkimusryhmän vahvuusaloista.

– Tavoitteenamme ovat fysikaaliset mallit, jotka ennustavat nykyistä luotettavammin monikiteisten piikalvojen sähkömagneettisten ominaisuuksien yhteyden niiden valmistusprosessin eri vaiheisiin. Tätä tietoa tarvitaan valmistettaessa materiaaleja, jotka soveltuvat käytettäväksi esimerkiksi tulevassa 6G teknologiassa. Tutkimuksessa käytetään tietokonesimulaatioita laaja-alaisesti, atomimittakaavasta laitesimulaatioihin, tutkimusryhmän ja hankkeen johtaja, professori Kalevi Kokko kertoo.

Mikropiirien valmistuksessa alustana käytetään yleensä yhtenäiskiteisiä piikiekkoja. Tämän vuoksi monikiteinen pii integroituu alustaan hyvin ja lisäksi sen sähköisiä ominaisuuksia voidaan säätää kidekokoa muuttamalla. Beetles-TY hankkeessa kehitetään menetelmiä kidekoon tarkempaan kontrollointiin monikiteisen piin valmistusprosessissa. ICT sovellusten lisäksi monikiteistä piitä käytetään myös esimerkiksi aurinkokennoissa ja ohutkalvotransitoreissa.

– Kehittämällä näitä monikiteisiä piikalvoja ja integroimalla niitä tyypillisesti käytettyihin yksikiteisiin piialustoihin, pystytään kehittämään matalahäviöistä ja häiriötöntä tekniikkaa tuleviin ICT-sovelluksiin. Kuluttajan kannalta tämä merkitsee lopputuotteiden tehokkuuden kasvua ja energiankulutuksen vähenemistä, Kokko toteaa.

Luotu 04.11.2021 | Muokattu 04.11.2021