Kesti vuosia, ennen kuin jo 70-luvulla Suomessa tehty keksintö uusista ohutkalvoista löi läpi. Nyt sitä käyttävät maailmalla kaikki elektroniikkavalmistajat. Tekniikan tohtori Tuomo Suntola sai tänään miljoonan euron Millenium-palkinnon.

Mistä on kyse? Tekniikan tohtori Tuomo Suntola on saanut miljoonan euron Millennium 2018 -teknologiapalkinnon.

Fyysikko Tuomo Suntolan kehittämä atomikerroskasvatusteknologia on mahdollistanut elektronisten laitteiden tehon kasvamisen samalla, kun elektroniikan osien koko on pienentynyt.

Teknologiaa käytetään laajasti matkapuhelimissa, tietokoneissa ja muussa elektroniikassa. Sen uskotaan leviävän myös terveysteknologisiin ratkaisuihin.

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 tohtori Tuomo Suntola kehitti atomikerroskasvatustekniikan 1970-luvulla elektroluminenssinäyttöihin. Jyrki Ojala / Yle

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.

Tietokoneen rakenne on pakattu nykyään hyvin pieneen tilaan. Ritchie B. Tongo / EPA

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.

Atomikerroskasvatustekniikassa materiaalin pinnalle tuodaan joko yhtä alkuainetta kerraallaan (yläkuva) tai useammin jotain yhdistettä, josta atomit tarttuvat päällystettävään pintaan. Hallitussa paineessa ja lämpötilassa reaktiot muodostavat vain atomin paksuisen, tiiviin kalvon kerrallaan. Tuomo Suntola

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.

Koululainen hoitaa kännykällään niin sosiaaliset suhteet kuin tv:n katsomisen ja lukemisen. Berislav Jurišić / Yle

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.

Picosun Oy:n hallituksen puheenjohtaja Kustaa Poutiainen uskoo atomikerroskasvatustekniikan käytön laajenevan esimerkiksi lääke- ja terveysteknologiaan. Yhtiö valmistaa ALD-tekniikan vaatimia reaktoreita. Jyrki Ojala / Yle

– 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 (siirryt toiseen palveluun)_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 (siirryt toiseen palveluun).

Lue myös

Tuntemattomat suuruudet ovat muuttaneet maailmaa keksinnöillään ja saaneet palkinnoksi miljoonan – mitkä näistä kahdeksasta saavutuksesta tiedät?

Talouselämä: Keskustelu perhejuhlissa herätti Picosun-yrityksen henkiin (siirryt toiseen palveluun)