Ohutkalvotekniikka sai kes\u00e4n korvilla runsaasti julkisuutta Atomikerroskasvatustekniikan (ALD = Atomic Layer Deposition) kehitt\u00e4j\u00e4n Tuomo Suntolan saaman Millenium palkinnon my\u00f6t\u00e4. T\u00e4m\u00e4 oli ensimm\u00e4inen kerta, kun palkinto my\u00f6nnettiin kokonaisuudessaan Suomeen. Hyv\u00e4 Suomi!<\/p>\n
Vaan mit\u00e4 ovat ohutkalvot ja mihin niit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n? Materiaalit ovat kosketuksissa ja vuorovaikuttavat ymp\u00e4rist\u00f6ns\u00e4 kanssa pintansa kautta. Laittamalla materiaalin pintaan, sopivasti valittua, toista materiaalia voidaan n\u00e4it\u00e4 vuorovaikutuksia r\u00e4\u00e4t\u00e4l\u00f6id\u00e4 halutun kaltaisiksi. Vuorovaikutus on hieno sana, mutta t\u00e4ss\u00e4 se tarkoittaa, ettei pintaa esimerkiksi ruoste raiskaa.<\/p>\n
Teollisissa sovelluksissa riippuen pinnoitteilla haetaan usein materiaalin kulutuksen ja korroosion kest\u00e4vyytt\u00e4, parempia kitkaominaisuuksia tai kyky\u00e4 hylki\u00e4 likaa. L\u00e4\u00e4ketieteen materiaaleissa haluttuja ominaisuuksia ovat, edell\u00e4 mainittujen lis\u00e4ksi, kyky est\u00e4\u00e4 bakteerin ja virusten tarttumista pinnoille tai verihyytymien muodostumista. Kehoon laitettavien implanttien yhteydess\u00e4 puhutaan my\u00f6s materiaalien biologisen vasteen hallinnasta sek\u00e4 bio- ja veriyhteensopivuuden parantamisesta.<\/p>\n
Ohuen ohutta vai hieman paksumpaa..<\/strong><\/p>\n Mit\u00e4 ohuella tarkoitetaan, vaihtelee hyvinkin paljon pinnoitteen k\u00e4ytt\u00f6kohteesta riippuen. Painetun elektroniikan kosteussuojakalvoksi muutaman kymmenen nanometri\u00e4 \u201dohut\u201d kerros voi riitt\u00e4\u00e4.\u00a0 Siin\u00e4 ohuen paksummassa p\u00e4\u00e4ss\u00e4 eli kulutuksen ja rasituksen kestoa vaativissa sovelluksissa tarvittavat pinnoitteiden paksuudet ovat tuhat kertaisia t\u00e4h\u00e4n verrattuna eli kymmeni\u00e4 mikrometrej\u00e4. Hyv\u00e4n mielikuvan saa, kun muistaa ett\u00e4 puhutaan maksimissaan noin hiuksen paksuista kerroksista. T\u00e4llaisia kerroksia ei tehd\u00e4 pensselill\u00e4 autotallissa, vaan tarvitaan erilaisia tyhji\u00f6pinnoitustekniikoita. Kalvon kasvu on n\u00e4et sellaista, ett\u00e4 syntyville pinnoille ilmasta kertyv\u00e4t kaasumolekyylit sek\u00e4 p\u00f6ly vaikuttavat pinnoitteen ominaisuuksiin ja pahimmassa tapauksessa johtavat koko pinnoitteen irtoamiseen.<\/p>\n EU rahalla ja yritysten tuella soveltavaa tutkimusta JAMKilla ja yliopistolla<\/strong><\/p>\n Jyv\u00e4skyl\u00e4n ammattikorkeakoululla ohutkalvojen soveltavaa tutkimusta on kahden vuoden ajan tehty Teollisesti Funktionaaliset Pinnat (TFP) -hankkeessa. Hankkeessa etsit\u00e4\u00e4n tunnetuille ohutkalvotekniikoille uusi sovelluskohteita sek\u00e4 kehitet\u00e4\u00e4n uudenlaista hyperspektrikuvantamiseen perustuvaa tekniikkaa pinnoitteiden teollisiin in-line mittauksiin yhdess\u00e4 Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopiston tietotekniikan laitoksen kanssa. Hankkeen p\u00e4\u00e4rahoittajana on Euroopan Aluekehitysrahasto ja osarahoittajina sek\u00e4 teollisuuden n\u00e4k\u00f6kulmaa mukaan tuomassa kahdeksan Keski-Suomessa toimivaa yrityst\u00e4.<\/p>\n PVD menetelm\u00e4t eli vahvalla fysiikalla menn\u00e4\u00e4n<\/strong><\/p>\n T\u00e4rke\u00e4n\u00e4 osana hanketta on valmistaa pinnoitteita nopeisiin kokeiluihin uusissa kohteissa. Pinnoitteet valmistetaan, teollisuudesta k\u00e4ytettyn\u00e4 ostetulla, tyhji\u00f6h\u00f6yrystyslaitteella. Tyhji\u00f6h\u00f6yrystys on yksi menetelm\u00e4 niin sanottujen PVD \u2013pinnoitusmenetelmien (fysikaalinen kaasufaasikasvatus) joukossa.\u00a0 PVD menetelmien yhteisen\u00e4 nimitt\u00e4j\u00e4n\u00e4 on, ett\u00e4 kohtioon tuodaan, tavalla tai toisella, energiaa ja kohtiosta irrotetaan ainetta kaasufaasiin, siis h\u00f6yryksi. Aine kulkeutuu tyhji\u00f6n poikki pinnoitettavalle kohteelle. PVD menetelmist\u00e4 h\u00f6yrystysmenetelmiksi voidaan kutsua my\u00f6s kaaripurkausmenetelmi\u00e4, jossa materiaalia h\u00f6yrystet\u00e4\u00e4n korkean j\u00e4nnitteen avulla ik\u00e4\u00e4n kuin \u201dsalamaniskusta\u201d plasmaksi sek\u00e4 laserh\u00f6yrystysmenetelm\u00e4\u00e4 (laserablaatio). Kun kohtioon tuodaan mekaanista energia pommittamalla energeettisill\u00e4 ioneilla, puhutaan sputterointimenetelmist\u00e4.<\/p>\n Tykitt\u00e4m\u00e4ll\u00e4 pintaa<\/strong><\/p>\n JAMKin pinnoituslaitteistossa on kaksi erilaista tapaa kuumentaa ja h\u00f6yryst\u00e4\u00e4 kohtiomateriaalia. Elektronitykki on n\u00e4ist\u00e4 huomattavasti tehokkaampi. Elektronitykin avulla voidaan h\u00f6yryst\u00e4\u00e4 korkeassa l\u00e4mp\u00f6tilassa (~ 3000\u00b0C) sulavia yhdisteit\u00e4. Toinen tapa h\u00f6yryst\u00e4\u00e4 on ns. terminen h\u00f6yrystys, jossa ainetta kuumennetaan s\u00e4hk\u00f6virran avulla. Menetelm\u00e4 soveltuu erityisesti metalleilla, mutta my\u00f6s monille alhaisemman sulamispisteen (~1800\u00b0C) yhdisteille. \u00a0Jamkin laitteiston erityisen\u00e4 etuna on, ett\u00e4 molempia pinnoitusmenetelmi\u00e4 voidaan k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 samanaikaisesti ja valmistaa doupattuja pinnoitteita sek\u00e4 nanokomposiittipintoja (lue= sotkea eri materiaaleja sekaisin ja saada aikaan uusia ominaisuusyhdistelmi\u00e4).<\/p>\n \u2026.ja apuh\u00e4rkkiv\u00e4rkkej\u00e4<\/strong><\/p>\n Py\u00f6riv\u00e4n upokaskarusellin ansiosta laitteistolla pystyt\u00e4\u00e4n valmistamaan monikerrospinnoitteita rikkomatta v\u00e4lill\u00e4 tyhji\u00f6t\u00e4. Jos n\u00e4ytteet otetaan v\u00e4lill\u00e4 huoneilmaan, pinnoille kertyy nopeasti ep\u00e4puhtauksia. Ep\u00e4puhtaudet voivat vaarantaa kerrosten v\u00e4lisen kiinnipysyvyyden. Koska tyhji\u00f6k\u00e4\u00e4n ei ole ihan oikeasti tyhj\u00e4, pinnoille kertyy ep\u00e4puhtauksia my\u00f6s siell\u00e4. Jamkin laitteistossa k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n happiplasmapuhdistusta antamaan n\u00e4ille ep\u00e4puhtauksille kyyti\u00e4. Luonnollisesti puhdistus t\u00e4ytyy tehd\u00e4 juuri ennen varsinaisen pinnoituksen aloittamista. Kasvavan kalvon rakenteen kannalta oleellista on, ett\u00e4 pinnoitettavaa kappaletta (pinnoitusihmiset puhuvat substraatista) pystyt\u00e4\u00e4n my\u00f6s l\u00e4mmitt\u00e4m\u00e4\u00e4n. Kalvon rakenne, mm. kidemuoto, kiteiden koko, kidevirheet sek\u00e4 ep\u00e4puhtaudet, m\u00e4\u00e4r\u00e4\u00e4 sen ominaisuudet ja lopulta sen toimiiko pinnoite tarkoituksensa mukaisesti.<\/p>\n Rajansa kaikella vaan konstit on monet<\/strong><\/p>\n Vaikka laitteisto onkin monipuolinen ja soveltuu hyvin nopeisiin testeihin, sill\u00e4 on rajoitteensa. Aiemmassa el\u00e4m\u00e4ss\u00e4\u00e4n, ennen korkeakoulumaailmaan siirtymist\u00e4, sit\u00e4 on k\u00e4ytetty optisten komponenttien pinnoittamiseen. Optiikan komponenttien pinnanmuodot eiv\u00e4t yleens\u00e4 ole kovin kummallisia ja pinnoitusmenetelm\u00e4 soveltuukin parhaiten tasomaisille kappaleille. Mik\u00e4li halutaan pinnoittaa erikoisemman muotoisia pintoja tai esimerkiksi putken sis\u00e4pintaa ylivoimainen menetelm\u00e4 on ALD.<\/p>\n Termisten h\u00f6yrystysmenetelmien ongelmana on yleisesti ettei \u201dl\u00e4mmitt\u00e4m\u00e4ll\u00e4\u201d saada h\u00f6yrystyv\u00e4lle \u201dtavaralle\u201d riitt\u00e4v\u00e4sti energiaa. Energeettinen \u201dtavara\u201d on monissa sovelluskohteissa t\u00e4rke\u00e4\u00e4, erityisesti kun tarvitaan paksumpien kerrosten hyv\u00e4\u00e4 kiinnipysyvyytt\u00e4 substraatissa ja hyv\u00e4\u00e4 rasituksen kestoa. T\u00e4llaisia sovelluksia ovat esimerkiksi ty\u00f6kalut sek\u00e4 tekonivelet.\u00a0 N\u00e4ihin sovelluksiin eriomainen pinnoitusmenetelm\u00e4 on kaaripurkausmenetelm\u00e4. Menetelm\u00e4n voimasta kertoo, ett\u00e4 kun esimerkiksi hiilt\u00e4 h\u00f6yrystet\u00e4\u00e4n menetelm\u00e4n avulla plasmaksi, voidaan saada aikaiseksi timanttia. Hiiliplasman t\u00f6rm\u00e4tess\u00e4 pintaan paikalliset olosuhteet, l\u00e4mp\u00f6tila ja paine, ovat vastaavat kuin maankuoren sis\u00e4ss\u00e4, miss\u00e4 luonnontimantti syntyy.<\/p>\n Tiivistyv\u00e4\u00e4 pinnallista yhteisty\u00f6t\u00e4 Jyv\u00e4skyl\u00e4ss\u00e4<\/strong><\/p>\n Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopistolla on lukuisia laitteita ohutkalvojen kasvatukseen, mukaan lukien moderni ALD laitteisto. Yliopisto nanotiedekeskuksessa ja fysiikan laitoksella pinnoitteiden parissa on tehty tutkimusty\u00f6t\u00e4 pitk\u00e4\u00e4n. Maailmanlaajuisestikin poikkeuksellisia ty\u00f6hevosia ohutkalvotutkimukseen ovat Professori Timo Sajavaaran tutkimusryhm\u00e4n Pelletron -kiihdytin sek\u00e4 Nanotiedekeskuksen Helium ioni mikroskooppi.<\/p>\n TFP hankkeen yhten\u00e4 tavoitteena on ollut kehitt\u00e4\u00e4 ohutkalvopinnoitusyhteisty\u00f6t\u00e4 Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopiston, JAMKin sek\u00e4 alueen yritysten v\u00e4lill\u00e4. \u00a0Yhteisty\u00f6 on l\u00e4htenyt hyvin liikkeelle ja siin\u00e4 pyrit\u00e4\u00e4n hy\u00f6dynt\u00e4m\u00e4\u00e4 osapuolten erilaisia vahvuuksia. Yliopisto tuo kimppaan ohutkalvo- ja tutkimusosaamisensa ja Jamkin rooli on siirt\u00e4\u00e4 tuota osaamista yrityskontaktejaan hy\u00f6dynt\u00e4en teolliseen rajapintaan. Samalla saadaan yliopiston ohutkalvoinfraa entist\u00e4kin tehokkaampaan hy\u00f6tyk\u00e4ytt\u00f6\u00f6n.<\/p>\n Pinnoitusyhteisty\u00f6 on edelleen nousemassa uudelle tasolle. T\u00e4m\u00e4 kev\u00e4\u00e4n aikana on Jyv\u00e4sseudulle hankittu useampikin Millenium \u2013palkittua ALD teknologiaa hy\u00f6dynt\u00e4v\u00e4 laite. Laitteita ollaan Yliopiston ja Ammattikorkeakoulun yhteisty\u00f6n\u00e4 ajamassa yl\u00f6s ja niit\u00e4 hy\u00f6dynt\u00e4v\u00e4\u00e4 yhteist\u00e4 tutkimus- sek\u00e4 hanketoimintaa puuhataan kovaa kyyti\u00e4. Erityisen\u00e4 yhteisty\u00f6n kohteena tulee olemaan kuitupohjaisten materiaalien ja polymeerin rullalta rullalle pinnoitusteknologia ja menetelm\u00e4n skaalaus teolliseen kokoluokkaan. Jamk panostaa voimakkaasti materiaaliteknologiaan uuden CAMS \u2013keskuksen my\u00f6t\u00e4. \u00a0Ohutkalvoihin keskittyv\u00e4t hankkeet sek\u00e4 koulutus ja liiketoiminta tulevat olemaan merkitt\u00e4v\u00e4 osa t\u00e4m\u00e4n keskuksen toimintaa.<\/p>\n -Esa Alakoski, projekti-insin\u00f6\u00f6ri, FT, Jyv\u00e4skyl\u00e4n ammattikorkeakoulu<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Ohutkalvotekniikka sai kes\u00e4n korvilla runsaasti julkisuutta Atomikerroskasvatustekniikan (ALD = Atomic Layer Deposition) kehitt\u00e4j\u00e4n Tuomo Suntolan saaman Millenium palkinnon my\u00f6t\u00e4. T\u00e4m\u00e4 oli ensimm\u00e4inen kerta, kun palkinto my\u00f6nnettiin kokonaisuudessaan Suomeen. Hyv\u00e4 Suomi! Vaan mit\u00e4 ovat ohutkalvot ja mihin niit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n? Materiaalit ovat kosketuksissa ja vuorovaikuttavat ymp\u00e4rist\u00f6ns\u00e4 kanssa pintansa kautta. Laittamalla materiaalin pintaan, sopivasti valittua, toista materiaalia voidaan […]<\/p>\n","protected":false},"author":450,"featured_media":74,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[90695],"tags":[90697,90700,90701,90703,90702],"class_list":["post-70","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-automaatio-ja-robotiikka","tag-atomic-layer-deposition","tag-ohutkalvo","tag-ohutkalvotekniikka","tag-physical-vapor-deposition","tag-pvd"],"acf":false,"yoast_head":"\n