Lähtöaineiden valmistus ja kehitystyö ovat osa perustutkimusta olevaa atomikerroskasvatusprosessien kehitystyötä, joka lähtee useimmiten jonkin todellisen ohutkalvoja hyödyntävän sovelluksen tarpeista.
Atomikerroskasvatuksella valmistettuja kalvoja on käytössä monissa elektroniikkateollisuuden tuotteissa. Suomalaisen Tuomo Suntolan 45 vuotta sitten keksimä tekniikka perustuu kemiallisiin reaktioihin, joilla voidaan luoda pinnoitteita eri materiaaleista. Kun kehitetään uusi atomikerroskasvatusprosessi, joka hyödyntää uusia lähtöaineita, on mahdollista, että prosessi joskus päätyy teolliseen käyttöön ja osaksi jonkin sovelluksen valmistusta. Lähtöaineen ja prosessin kehittäjät eivät kuitenkaan välttämättä tule koskaan tietämään siitä.
Patenttiennätys
– Ei ne sieltä teollisuudesta tule meille päin kertomaan, mikä on tuotantokäytössä. Joskus voidaan saada ihan yllättäen tietää, toteaa Hatanpää. Tämä ei näytä Hatanpäätä haittaavan, sillä hän tietää oman arvonsa. Onhan hänellä plakkarissa yli kymmenen patenttia ja seitsemisen kymmentä tieteellistä julkaisua ja nyt myös tohtorin hattu.
Syyskuussa hyväksytty Hatanpään väitöskirja oli poikkeuksellinen. Artikkeliväitöskirjaan tutkija oli valinnut 10 tieteellisissä lehdissä julkaistua artikkelia sieltä vanhemmasta päästä. – Miksi heittää niitä hukkaan. Niistä uudemmista on muita nuorempia väittelijöitä.
Palaute lähtöainekemistille tulee kuitenkin läheltä, muilta tutkijoilta, jotka käyttävät valmistettuja lähtöaineita ohutkalvojen kasvattamiseen atomikerroskasvatusmenetelmällä Helsingin yliopiston epäorgaanisen materiaalikemian laboratoriossa. Onnistumisista iloitaan tutkimusryhmän sisällä ja koko ALD-yhteisö kohahtaa, kun tulokset julkaistaan tieteellisessä artikkelissa.
– Vaikka paljon tulee epäonnistumisia, niin monta hyvää prosessia on kehitetty, toteaa Hatanpää vaatimattomasti. – Mukavinta on, kun löytää sellaisen lähtöaineen ja prosessin, joka lähtee toimimaan.
Hatanpää luettelee välttämättömiä vaatimuksia atomikerroskasvatuksessa käytettäville lähtöaineille: haihtuvuus, terminen kestävyys ja reaktiivisuus toisen prosessissa käytettävän lähtöaineen kanssa. Hatanpään tehtävä on suunnitella lähtöainemolekyylejä, joissa nuo kaikki ominaisuudet yhdistyvät.
Hatanpää työskentelee synteesilaboratoriossa. Valmistamiensa yhdisteiden rakenteen ja ominaisuuksien tutkimisessa hän hyödyntää monia kemian osaston tutkimuslaitteita kuten termovaakaa, erilaisia spektrometrejä ja röntgendiffraktometria. Näiden mittausten perusteella parhailta vaikuttavat yhdisteet valitaan ALD-kokeisiin, joissa niiden toimivuus lopullisesti selviää.
Tutkimusta yritykselle
– Helsingin yliopiston materiaalikemian yhteydet teollisuuteen ovat kiinteät samassa talossa toimivan ASM Microchemistry Oy:n kanssa solmitun yhteistyösopimuksen myötä, kertoo professori Mikko Ritala. Tämä yhteistyö on jatkunut jo yli 15 vuoden ajan.
Kun yritykseltä tulee toiveita, niin lähtöainekokeiluja tehdään hyvässä yhteisymmärryksessä. Yleensä Hatanpään vankkaa kokemusta tarvitaan arvioimaan ja ideoimaan järkeviä lähtöaineita.
Uusia lähtöaineita tarvitaan uusien ohutkalvomateriaalien valmistamiseen ja jo tunnettujen materiaalien parantamiseen.
– Toivottu uusi ominaisuus voi olla vaikkapa reagointi matalammassa lämpötilassa tai jos tuotantoprosessissa on ongelmana kiinteän lähtöaineen pölyäminen, silloin voidaan kehittää ja kokeilla nestemäistä lähtöainetta, kertoo Hatanpää