Väitös (materiaalitiede): FM Mikael Santonen
FM Mikael Santonen esittää väitöskirjansa ”Optimizing polycrystalline silicon for energy-efficient radiofrequency devices with a multiscale simulation approach” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 9.5.2025 klo 12.00 (Turun yliopisto, Educarium, Edu1, Assistentinkatu 5, Turku).
Yleisön on mahdollista osallistua väitökseen myös etäyhteyden kautta: https://echo360.org.uk/section/2767621e-94eb-4a6e-acb3-995428ca1753/public
Vastaväittäjänä toimii professori Matti Alatalo (Oulun yliopisto) ja kustoksena professori Kalevi Kokko (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on materiaalitiede.
Väitöskirja yliopiston julkaisuarkistossa: https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-02-0129-6 (kopioi linkki selaimeen).
***
Tiivistelmä väitöstutkimuksesta:
Elektroniikkateollisuuden kulmakivi, pii, on ominaisuuksiltaan loistava materiaali.
Se on halpa, laajalti saatavilla oleva, turvallinen ja kierrätettävä. Energiatehokkaiden, kompaktien ja suorituskykyisien piihin pohjautuvien mikropiirien kysyntä kasvaa kasvamistaan. Vuoteen 2030 mennessä tietotekniikkasektorin arvioidaankin kattavan jopa 20% maailman energiankulutuksesta. Piin laajasta käytöstä johtuen piihin kohdistuvat parannukset johtavat siis merkittäviin globaaleihin parannuksiin.
Väitöstutkimuksen keskiössä on piin ja oksidin rajapinta. Rajapinnan läheisyydessä esiintyy parasiittiseksi johtavuudeksi kutsuttu ilmiö, joka laitteiden (esim. puhelimien ja muiden langattoman tiedonsiirron laitteiden) toimintataajuuden kasvaessa aiheuttaa kasvavia häviöitä sekä muita signaalia ja laitteen tehokkuutta heikentäviä vaikutuksia. Monikiteinen pii (polypii) tarjoaa ongelmaan ratkaisun. Polypii yhtenä piin esiintymismuotona luonnollisesti jakaa monet piin hyvät ominaisuudet.
Polypii on kuitenkin materiaalina tavallista kiteistä piitä monimutkaisempi. Sen kasvatukseen vaikuttaa moni tekijä ja lopulliset ominaisuudet laitteissa voivat olla huomattavan erilaisia.
Tutkimuksessa tarkasteltiin monikiteistä piitä käyttäen useita eri tarkkuus- ja kokoskaalan laskenta- ja simulaatiomenetelmiä. Väitöskirjatyön ensisijaisena tuloksena oli näiden eri menetelmien yhdistäminen simulaatioketjuksi, jolla voidaan tutkia monikiteisen piikerroksen tehokkuutta aivan atomitasolta varsinaisiin laitteisiin. Ketjun yksittäisistä osasista saatiin myös tietoa ja tuloksia monikiteisen piin kasvun simuloinnista sekä kehitettiin monikiteisen piin sähköisten ominaisuuksien mallintamista. Simulaatioketjulla voimme tutkia eri tekijöiden vaikutusta mikropiirien häviöiden pienentämiseksi.
Yleisön on mahdollista osallistua väitökseen myös etäyhteyden kautta: https://echo360.org.uk/section/2767621e-94eb-4a6e-acb3-995428ca1753/public
Vastaväittäjänä toimii professori Matti Alatalo (Oulun yliopisto) ja kustoksena professori Kalevi Kokko (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on materiaalitiede.
Väitöskirja yliopiston julkaisuarkistossa: https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-02-0129-6 (kopioi linkki selaimeen).
***
Tiivistelmä väitöstutkimuksesta:
Elektroniikkateollisuuden kulmakivi, pii, on ominaisuuksiltaan loistava materiaali.
Se on halpa, laajalti saatavilla oleva, turvallinen ja kierrätettävä. Energiatehokkaiden, kompaktien ja suorituskykyisien piihin pohjautuvien mikropiirien kysyntä kasvaa kasvamistaan. Vuoteen 2030 mennessä tietotekniikkasektorin arvioidaankin kattavan jopa 20% maailman energiankulutuksesta. Piin laajasta käytöstä johtuen piihin kohdistuvat parannukset johtavat siis merkittäviin globaaleihin parannuksiin.
Väitöstutkimuksen keskiössä on piin ja oksidin rajapinta. Rajapinnan läheisyydessä esiintyy parasiittiseksi johtavuudeksi kutsuttu ilmiö, joka laitteiden (esim. puhelimien ja muiden langattoman tiedonsiirron laitteiden) toimintataajuuden kasvaessa aiheuttaa kasvavia häviöitä sekä muita signaalia ja laitteen tehokkuutta heikentäviä vaikutuksia. Monikiteinen pii (polypii) tarjoaa ongelmaan ratkaisun. Polypii yhtenä piin esiintymismuotona luonnollisesti jakaa monet piin hyvät ominaisuudet.
Polypii on kuitenkin materiaalina tavallista kiteistä piitä monimutkaisempi. Sen kasvatukseen vaikuttaa moni tekijä ja lopulliset ominaisuudet laitteissa voivat olla huomattavan erilaisia.
Tutkimuksessa tarkasteltiin monikiteistä piitä käyttäen useita eri tarkkuus- ja kokoskaalan laskenta- ja simulaatiomenetelmiä. Väitöskirjatyön ensisijaisena tuloksena oli näiden eri menetelmien yhdistäminen simulaatioketjuksi, jolla voidaan tutkia monikiteisen piikerroksen tehokkuutta aivan atomitasolta varsinaisiin laitteisiin. Ketjun yksittäisistä osasista saatiin myös tietoa ja tuloksia monikiteisen piin kasvun simuloinnista sekä kehitettiin monikiteisen piin sähköisten ominaisuuksien mallintamista. Simulaatioketjulla voimme tutkia eri tekijöiden vaikutusta mikropiirien häviöiden pienentämiseksi.
Viestintä