Miksi Blue ray -soitin hajoaa?
25.04.2012
Blue ray -soittimessa tiedonlukemiseen tarvittavan sinisen lasersäteen tuottaa uv-laserdiodi. Soitin hajoaa, kun tämä pieni komponentti menettää tehoaan.
Tutkijat onnistuivat löytämään mekanismin, joka voi selittää galliumnitridistä valmistettujen laserdiodien toiminnan heikkenemisen.
Tutkijat Sami Suihkonen ja Henri Nykänen kertovat, että galliumnitridimateriaalin optiset ominaisuudet heikkenevät, kun sitä käsitellään korkealla virrantiheydellä. Tämä vaikuttaa myös laserdiodeihin, sillä ne toimivat korkealla virrantiheydellä. Ilmiö selittyy pistevirheillä, jotka syntyvät materiaalia valmistettaessa.
− Galliumnitridimateriaalit ja komponenttien kerrosrakenteet valmistetaan tietynlaisella teollisella prosessilla. Havaitsimme, että valmistusprosessissa atomihilaan jää tyhjiä aukkoja eli pistevirheitä. Ne jäävät kuitenkin helposti havaitsematta.
Vetyatomit piilottavat virheet
Tutkijoiden mukaan laserdiodi koostuu seostetuista galliumnitridikerroksista, jotka valmistetaan vetyilmakehässä. Kun atomien väliin jää teollisen valmistusprosessiin aikana tyhjiä aukkoja, salakavalat vetyatomit täyttävät aukot ja käytännössä kumoavat pistevirheiden vaikutukset hetkellisesti.
− Vetyatomit ikään kuin piilottavat pistevirheet, Suihkonen ja Nykänen kiteyttävät.
Myöhemmin virheet kuitenkin hyppäävät esille ja alkavat vaikuttaa. Kun galliumnitridimateriaali käsitellään korkealla virrantiheydellä, elektronit potkivat tyhjiä aukkoja täyttävät vetyatomit pois, jolloin pistevirheet aktivoituvat ja alkavat häiritä materiaalin sähköisiä ja optisia ominaisuuksia.
− Tämä vaikuttaa myös laserdiodien toimintaan. Kun toiminnan heikkenemisen syy on selvitetty, voidaan alkaa tutkia, kuinka valmistusprosessia voisi muokata siten, että pistevirheitä syntyisi vähemmän.
Sattuma pelissä
Suihkonen ja Nykänen kertovat, etteivät olleet tietoisesti etsineet vastausta siihen, miksi laserdiodin toiminta heikkenee. Epäilykset ilmiöin syystä heräsivät aivan toisen tutkimuksen yhteydessä. Havainto todistettiin paikkansapitäväksi kokeellisesti.
− Käytimme kokeissa hyvin kohdistettua elektronisuihkua, jolla saatiin paljon tehoa pienelle alueelle. Galliumnitridin optisen laadun heikkeneminen havaittiin, koska elektronisuihkun ansiosta materiaalia ei tarvinnut säteilyttää tuhansia tunteja, vaan ainoastaan muutama minuutti riitti.
Uudet tutkimustulokset saivat paljon huomiota, kun ne esiteltiin huhtikuussa Material Research Societyn konferenssissa San Franciscossa. Tuloksista kirjoitettu artikkeli "Low energy beam induced vacancy activation in GaN" julkaistiin Applied Physics Letterissä 21.3.2012. Artikkelin kirjoittivat Henri Nykänen, Sami Suihkonen ja professori Markku Sopanen Sähkötekniikan korkeakoulusta ja Filip Tuomisto ja Lukasz Kilanski Perustieteiden korkeakoulusta.
Teksti: Tea Kalska
