Valkoisen tehdasrakennuksen tuotantosalissa reaktorilaitteet humisevat joka puolella. Suomessa kehitetty atomikerroskasvatustekniikka on käytössä Picosun-yhtiössä Kirkkonummen Masalassa. Tai oikeastaan yhtiö valmistaa huippureaktoreita maailmanmarkkinoille.
Tekniikan tohtori Tuomo Suntola on joutunut tuotantotilaan tullessaan pukemaan suojavaatteet päälleen, sillä puhtaus on tärkeä osa prosessia.
Tekniikan Akatemia –säätiön mukaan atomikerroskasvatuksella (ALD) valmistettuja ohutkalvoja käytetään lähes kaikissa tietokoneissa ja älypuhelimissa. Jatkuvasti kehittyvän ALD-teknologian ansiosta laitteet ovat pienempiä ja edullisempia, mutta samalla tehokkaampia.
Tekniikan tohtori Tuomo Suntolan jo 1970-luvulla keksimä atomikerroskasvatusteknologia on siis mahdollistanut elämämme älypuhelinten, tehokkaiden tietokoneiden ja sosiaalisen median keskellä.
Nyt hän sai miljoonan euron Millennium-palkinnon kahdeksantena palkituista teknologioiden kehittäjistä. Aiemmin palkittuja ovat muun muassa world wide webin, kantasolujen, aurinkokennojen kehittäjinä uraauurtaneet tutkijat.
Tuomo Suntola on toinen suomalainen palkinnonsaaja, Linus Torvalds oli ensimmäinen.
Suomessa uransa luoneen 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.
Mutta palataanpa ensin 1970-luvulle ja Tuomo Suntolan silloiselle työpaikalle Instrumentariumin toimistoon.
Innovaatio syntyi selkeästä tavoitteesta
Elämänuransa teollisuuden parissa luonut 75-vuotias Tuomo Suntola kehitti uskomattoman ohuet ja kestävät kalvot ilman huippulaboratorioita.
– Kyllä se lähti ihan tunnistetun ongelman ratkaisemisesta, toteaa palkittu tekniikan tohtori.
Yleensä ohutkalvoja valmistettaessa kalvo pyrkii määrätyllä tavalla nukleoitumaan, pisaroitumaan, jolloin sinne jää heikkoja kohtia.
– Tämän välttämiseksi lähdin etsimään, voitaisiinko ohutkalvo rakentaa atomikerroksittain, Tuomo Suntola kertoo.
Hän työskenteli tuolloin 1970-luvulla Instrumentariumin tutkimusjohtajana.
– Istuin toimistossa, ja alkuaineiden jaksollinen järjestelmä oli seinällä vastapäätä. Sitä katsoessani oikeastaan ajatus syntyi, että kokeillaanpa tällaista mahdollisuutta.
Haasteellinen tekniikka
Atomikerroskasvatustekniikassa kaasumaiset yhdisteet suihkutetaan vuoron perään päällystettävälle pinnalle, johon ne tarttuvat vain atomin paksuisina kerroksina joka kohtaan. Tämä mahdollistaa erimuotoisten ja hyvin pienten kappaleiden pinnoituksen reaktoreissa.
Kun kyse on millimetrin tuhannesosien paksuisista kerroksista, operaatio pitää toistaa satoja, jopa tuhansia kertoja.
Yllättäen ensimmäinen kokeilu onnistui, mutta edessä oli pitkä tie, ennen kuin atomikerroskasvatusteknologia eli ALD (Atomic Layer Deposition) löi läpi. Piti rakentaa sen tekoon soveltuvat laitteistot ja odottaa, kunnes puolijohdetekniikan kehitys oli edennyt vuosituhannen vaihteeseen.
– Mehän tarjosimme tätä teknologiaa eräälle merkittävälle puolijohdevalmistajalle 80-luvun alussa, mutta he olivat silloin sitä mieltä, että nykyisillä tekniikoilla pärjätään oikein hyvin, Tuomo Suntola kertoo.
Atomikerroskasvatustekniikan edut oivallettiin
Nyt asiat ovat toisin. Miltei jokaisen taskussa kulkeva älypuhelin ei olisi mahdollinen ilman ALD-teknologian suomia pieniä puolijohteita.
Tuomo Suntola havaitsi jo kehityspolun alussa, että jännitteen kesto oli keskeinen ominaisuus, jonka vuoksi ALD:tä lähdettiin kehittämään elektroluminenssinäyttöihin.
Elektroniikkateollisuuden ohella tekniikkaa käytetään nykyään esimerkiksi hopeakorujen pinnoilla estämään metallin tummumista. Myös aurinkokennojen, led-valojen ja sähköautojen litiumakkujen suorituskykyä pystytään parantamaan näillä kalvoilla.
Tuomo Suntola on nykyään Picosun Oy:n neuvonantaja, hallituksen jäsen ja pienomistaja. Yhtiövalmistaa ALD-reaktoreita ja tähtää yhä laajempaan tuotantoon.
Tulevaisuuden mahdollisuudet
Picosunin hallituksen puheenjohtaja Kustaa Poutiainen näkee atomikerroskasvatusteknologian käytössä isoja mahdollisuuksia tulevaisuudessa muun muassa terveysteknologiassa.
– Meillä tulee todennäköisesti tulevaisuudessa olemaan vartalossamme paljon erilaisia osia, jossa on käytetty ALD:tä. Se joko mittaa meitä jollakin tavalla, annostelee jotain, hoitaa, varmistaa, estää jotain, tai suojelee, arvioi Kustaa Poutiainen.
Poutiaisen mukaan Tuomo Suntolan innovaation palkitseminen on ollut tavoitteena jo pitkään.
– Kun käynnistimme Picosunia yksi tavoitteista oli, että hän saisi Nobelin palkinnon, koska ymmärsimme ALD:n valtavan merkityksen. Silloin ei ollut vielä Millennium-palkintoja. Se on tullut tavoitetoivomuslistallemme myöhemmin, ja sen Tuomo todella on ansainnut.
Suomalaiset alan kärjessä
Suomessa on säilynyt alan osaamista, vaikka eri yrityskauppojen myötä teknologiaa on siirtynyt esimerkiksi hollantilaisen ASM Internationalin haltuun. ASM:llä on hallussaan noin puolet ALD-laitteiden tämänhetkisistä markkinoista.
Jo nyt ALD-kalvojen valmistukseen käytettävien laitteistojen ja kemikaalien maailmanmarkkinat ovat noin kaksi miljardia dollaria.
– Suomessa on maailmanluokan ALD-osaamista. Toivon palkinnon innostavan maamme tutkijoita ja yrityksiä panostamaan teknologian uusiin sovelluksiin, sanoo Millennium-palkinnon myöntäjän, Tekniikan Akatemia -säätiön hallituksen puheenjohtaja, professori Marja Makarow.
Millennium-palkinto
_Millennium-teknologiapalkinto_on suomalainen, joka toinen vuosi jaettava miljoonan euron kunnianosoitus uraauurtavalle teknologiselle innovaatiolle, joka parantaa ihmisten elämänlaatua ja edistää kestävää kehitystä.
Palkittavien innovaatioiden tulee olla yhteiskunnallisesti vaikuttavia, kaupallisesti elinvoimaisia ja ihmiskunnan hyvinvointia edistäviä.
Millennium-teknologiapalkinnon jakaa Tekniikan Akatemia -säätiö TAF.
Lue myös
Talouselämä: Keskustelu perhejuhlissa herätti Picosun-yrityksen henkiin