Teksti Kemia-lehti, kuva ACS Nano
Jyväskylän yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijoiden kehittämä uusi menetelmä mahdollistaa erimuotoisten kalvojen tarkan rakentamisen ja tarjoaa uusia tapoja muokata materiaalien ominaisuuksia eri käyttötarpeisiin.
Nyt kehitetty uusi menetelmä perustuu lasermuokkaukseen, jonka avulla metalli‑orgaanisia materiaaleja voidaan kasvattaa paikallisesti molekyylin paksuinen kerros kerrallaan. Atomikerroskasvatus (Atomic layer deposition, ALD) on erityisesti puolijohdeteollisuudessa käytetty menetelmä, jolla valmistetaan atomikerroksen tarkkuudella hyvälaatuisia ohutkalvoja. Menetelmän kehitti 1970‑luvulla Tuomo Suntola.
ALD:ssä ohuita kalvoja kasvatetaan atomikerros kerrallaan lähtöaineiden välillä tapahtuvien hallittujen kemiallisten reaktioiden avulla sekä niiden vuorovaikutusten pinnan kanssa. Tämä ns. bottom‑up‑menetelmä mahdollistaa kalvon tarkan paksuussäädön.
”Menetelmän sovellettavuutta parantaisi, jos kalvoja voitaisiin kasvattaa vain valituille alueille. Tällöin voitaisiin hallita myös kalvojen muotoa eikä vain paksuutta. Alueselektiivinen ALD onkin tällä hetkellä alan keskeinen tutkimuskohde”, selventää professori Mika Pettersson Jyväskylän yliopistosta.
”Uusi menetelmä luo mahdollisuuksia valmistaa kehittyneitä laitteita.”
Perinteisessä atomikerroskasvatuksessa tuotettavat materiaalit ovat yleensä epäorgaanisia materiaaleja, kuten esim. sinkkioksidi (ZnO) tai alumiinioksidi (Al2O3), jotka ovat puolijohde- ja eristemateriaaleja.
”On kuitenkin mahdollista käyttää myös molekulaarisia materiaaleja, jolloin puhutaan molekyylikerroskasvatuksesta. Tällöin epäorgaanisiin lähtöaineisiin yhdistetään orgaanisia lähtöaineita ja materiaalien ominaisuuksien räätälöimiseen tulee valtavasti lisää mahdollisuuksia”, kertoo Pettersson.
Rajattomat sovellusmahdollisuudet
Uusi menetelmä luo mahdollisuuksia valmistaa kehittyneitä laitteita. Yhtenä esimerkkinä potentiaalisista käyttökohteista on tässä tutkimuksessa hyödynnetty materiaali, joka emittoi valoa sisältämänsä europium-alkuaineen ansiosta.
”Käytimme pioneeritutkimuksessamme valoa emittoivaa europium-orgaanista materiaalia malliesimerkkinä. Atomi- ja molekyylikerroskasvatus soveltuu kuitenkin laajalle kirjolle erilaisia ohutkalvomateriaaleja. Tämä avaa lähes rajattomat mahdollisuudet uuden alueselektiivisen menetelmämme tulevaisuuden sovelluksille”, kertoo professori Maarit Karppinen Aalto-yliopistosta.
Seuraava vaihe on uusien sovelluksien kehittäminen. Toiveena on, että myös yritykset kiinnostuisivat tästä.
Petterssonin ja Karppisen lisäksi julkaisun kirjoittajina olivat yliopistotutkija Andreas Johansson, tutkijatohtori Aleksei Emelianov, tohtorit Kamila Mentel, Amr Ghazy, Yu-Han Wang, sekä väitöskirjatutkija Joona Pekkanen. Tutkimus julkaistiin arvostetussa ACS Nano -lehdessä. Tutkimusta tukivat Jane ja Aatos Erkon säätiö ja Euroopan tutkimusneuvoston ERC Advanced Grant-hanke UniEnMLD.
