Teksti Mikko Ritala ja Markku Leskelä, kuvat Matti Putkonen ja Heather Korff
Vuonna 1974 kehitettyä atomikerroskasvatusta juhlistettiin konferenssissa Helsingissä elokuun alussa. Kiinnostavien puheenvuorojen perusteella ALD:n menestystarina jatkuu esimerkiksi mikroelektroniikassa ja energiatekniikassa.
Helsingissä vietettiin elokuun alussa 50-vuotisjuhlia. Juhlien sankarina oli ALD eli atomikerroskasvatusmenetelmä (atomic layer deposition). ALD/ALE2024 -konferenssin avasi itseoikeutetusti tekniikan tohtori Tuomo Suntola, joka tunnetaan nimenomaan atomikerroskasvatuksen kehittäjänä.
Suntolan jälkeen kuultiin hollantilaisen tohtori Ivo Raaijmakersin luento. Raaijmakers on toiminut ASM International -yrityksen teknologiajohtajana ja on siinä roolissa ollut viemässä yritystä johtavaan asemaan puolijohdeteollisuuden ALD-laitteiden valmistajana.
ASM osti suomalaisen Mikrokemia Oy:n vuonna 1999, ja viisi vuotta myöhemmin muutti sen Helsingin yliopiston Kumpulan kampukselle tiiviiseen yhteistyöhön HelsinkiALD- tutkimusryhmän kanssa.
Konferenssissa oli 1 034 osallistujaa 35 maasta. Suurimmat ryhmät tulivat USA:sta, Suomesta, Etelä-Koreasta, Saksasta, Japanista ja Hollannista.
ALD:n teollisen merkityksen ansiosta ALD-konferenssit kiinnostavat tutkijoiden lisäksi myös yritysmaailman edustajia. Alan konferensseissa yritysten edustajilla on mahdollisuus tavata asiakkaitaan, tulevia työntekijöitään sekä kuulla uusimmista tutkimustuloksista. Konferenssin yhteydessä pidetyssä näyttelyssä tuotteitaan esitteli 50 yritystä.
Kova kilpailu puheenvuoroista
Nimensä mukaisesti ALD/ALE2024-konferenssi jakautuu kahteen osaan. Toinen osuus käsittelee ALD:tä ja toinen ALE:a eli atomikerrosetsausmenetelmään (atomic layer etching).
ALE on periaatteeltaan käänteinen menetelmä ALD:lle: materiaalia poistetaan atomikerros kerrallaan. Myös ALE on nousemassa tärkeään rooliin uusipien mikropiirien valmistuksessa.
ALD-konferenssien tieteellinen ohjelma on runsas, ja se jakautuu moniin sessioihin.
Helsingin konferenssissa suurin osa-alue oli ALD:n sovellukset ja toisena tuli perustutkimus. Nämä jakautuivat omiin alasessioihinsa, eli sovellusten alla käsiteltiin esimerkiksi mikroelektroniikan eri materiaaleja, katalyyttejä, ja nanomateriaaleja. Perustutkimuksen alla puhuttiin esimerkiksi lähtöaineista ja reaktiomekanismeista.
Helsingin konferenssin abstraktien lukumäärä oli 496, ja rinnakkaisia suullisia sessiota oli pääsääntöisesti neljä. Suullisen esityksen saamisessa on kova kilpailu ja postereiksi esityksiä jäikin noin 280.
ALD:n merkitys kasvaa edelleen uusien mikrosirusukupolvien valmistuksessa.
Mikä on 50-vuotiaan tulevaisuus?
ALD-konferenssissa pohdittiin useassa puheenvuorossa 50-vuotiaan menetelmän tulevaisuutta.
Mikroelektroniikka on edelleen ALD:n tärkein sovellusalue. Tohtori Jonas Sundqvist (TECHCET LLC CA, Dresden) arvioi omassa esityksessään, että ALD:n merkitys kasvaa edelleen merkittävästi uusien mikrosirusukupolvien valmistuksessa.
Kaikkien mikrosirujen valmistuksessa käytetään ALD-menetelmää, mutta mitä uudemmasta tuotteesta on kyse, sitä enemmän ALD-prosessivaiheita tarvitaan. Aina kun mennään pienempiin dimensioihin, ALD-prosessien lukumäärä nousee, tällä hetkellä niitä on tuotteesta riippuen 50–100.
Mikropiirien komponenttien lukumäärän kasvu pinta-alaa kohti perustuu kolmannen dimension käyttöönottoon. ALD-menetelmä on ainoa, jolla voidaan valmistaa ohutkalvoja näihin vaikeisiin 3D-rakenteisiin.
Atomitason tarkkuus mikroelektroniikassa on tarpeen sekä kalvojen kasvatuksessa että etsauksessa. Selkeä tarve on myös pintaselektiiviselle kasvatukselle ja etsaukselle, jotka vähentävät kalliita ja hankalia litografiavaiheita.
Mikroelektroniikassa piille tehdyt piirit ovat valtavirtaa, mutta näiden lisäksi ALD:llä on paljon käyttöä myös yhdistepuolijohdesovelluksissa. Näistä kertoi Mikko Söderlund Beneq Oy:stä.
Vakiinnuttanut paikkansa aurinkokennoissa
Energiatekniikka on toinen merkittävä ALD-menetelmän sovellusalue: aurinkokennojen valmistuksessa ALD on jo saavuttanut vakiintuneen aseman ja akkumateriaaleista odotetaan sen seuraavaa merkittävää teollista käyttökohdetta.
Aurinkokennoista kuultiin useita kiinnostavia esityksiä. FT Wei-Min Li (Jiangsu Leadmicro Nano Technology Co. Ltd, Kiina) kertoi piiaurinkokennojen passivoinnista ALD-alumiinioksidilla Leadmicro-yrityksensä massiivisilla, täysin automatisoiduilla reaktoreilla. Ne kykenevät käsittelemään 22 000 aurinkokennoa tunnissa.
Perovskiittiaurinkokennoista kuultiin kaksi esitystä, joissa kerrottiin ALD-kalvojen käytöstä elektroni- tai aukkojohteina perovskiittikerroksen ympärillä. Vanhempi yliopistonlehtori Marianna Kemell Helsingin yliopistosta puolestaan kertoi, miten halidiperovskiittikalvoja voidaan valmistaa ALD-menetelmällä.
Seuraavan kerran Etelä-Koreassa
ALD-konferensseja on järjestetty vuosittain vuodesta 2001, ja käytännön järjestelyistä vastaa American Vacuum Society, AVS. Konferenssi pidetään joka toinen vuosi USA:ssa ja välivuosina vuorotellen joko Euroopassa tai Aasiassa. Suomessa konferenssi oli ensimmäisen kerran vuonna 2004. Silloin juhlistettiin ALD-menetelmän 30-vuotistaivalta ja osallistujia oli vain 215.
Tämän vuoden konferenssin ALD-osuuden puheenjohtajina toimivat tämän jutun kirjoittajat eli professori Mikko Ritala ja emeritusprofessori Markku Leskelä Helsingin yliopiston Kemian osastolta.
Helsingin ALD-konferenssi ylitti kaikki tavoitteet esitysten, osallistujien ja näytteilleasettajien määrien suhteen. Konferenssi on tarkoituksella tehty tiiviiksi ja päivät venyvät pitkiksi, mutta osallistujien vilkasta ajatustenvaihtoa se ei tuntunut haittaavan. Messukeskuksen tilat ja tekniikka toimivat erinomaisesti. Säidenkin puolestakin Helsinki näytti parhaat puolensa.
Ensi vuonna ALD-konferenssi järjestetään Etelä-Koreassa Jejun saarella 22.–26. kesäkuuta.
Lue myös:
Ohutkalvonäyttöihin liittyvä tutkimus loi pohjan ALD:n menestykselle
ALD Innovation Award Belgiaan
- ALD-konferensseissa jaetaan monia palkintoja. Näistä merkittävin on ALD Innovation Award, jota on jaettu vuodesta 2011. Palkinnon saaja valitaan ohjelmatoimikunnan äänestyksen perusteella. Palkinnon sai professori Annelies Delabie Leuvenin yliopistosta Belgiasta.
- Konferensseissa halutaan tukea nuoria tutkijoita ja siksi ensimmäisenä päivänä on parhaiksi arvioitujen väitöskirjatutkijoiden esitysten sessio. Kaikki tähän sessioon valitut palkittiin ja ALD- ja ALE-esityksistä kummastakin valittiin varsinainen voittaja.
- Helsingin kokouksessa jaettiin ensimmäistä kertaa Go Element -yrityksen palkinto nuorille tutkijoille (alle 10 vuotta väitöksestä). Tähän kilpaan oli valittu kuusi henkilöä, joista kaksi palkittiin. Toinen heistä oli FT Miika Mattinen Helsingin yliopistosta.
- Myös posteresitykset arvioitiin ja kymmenen parasta palkittiin.
