Elektronifysiikka

Monimutkaiset ohutkalvot ovat keskeisiä mahdollistajia useissa monen miljardin euron energiateknologioissa – mukaan lukien energiatehokkaat materiaalit, energiantuotanto ja tehoelektroniikka. Näillä erilaisilla teknologioilla on yhteisiä metrologisia (mitatusteknisiä) haasteita, jotka liittyvät laatuun, suorituskykyyn ja luotettavuuteen. Lisätietoja osoitteessa https://www.hymet.ptb.eu/

Yksi suurimmista ongelmista, joka rajoittaa nykyaikaisten aurinkokennojen suorituskykyä, liittyy materiaalin heikkenemiseen auringonvalon vaikutuksesta. Tutkimme mahdollisuutta, että tämän degradaation juurisyy liittyy valon ja kupari-ionien väliseen vuorovaikutukseen. Lähestymistapamme voisi johtaa varsin yksinkertaiseen ratkaisuun tehohäviöiden välttämiseksi: luodaan pinnalle sähkövaraus, joka vetää kupari-ioneja puoleensa.

Musta pii absorboi (imee) valoa erittäin tehokkaasti laajalla spektrialueella. Tämän materiaalin haasteena on ollut nanorakenteiden kasvaneen pintapinta-alan aiheuttama pinnan passivointitarve. Tutkimuksemme keskittyy mustan piin passivointiin atomikerroskasvatuksella (ALD), joka mahdollistaa erittäin tasapintaisen ja muotoja noudattavan (konformaalisen) pinnoitteen.

Kidevirheet ja epäpuhtaudet (kuten happi, metallit, dislokaatiot ja pistevirheet) ovat useimmiten haitallisia puolijohdelaitteissa. Ymmärtämällä syvällisesti asiaankuuluvia virhereaktioita ja puhdistus- eli gettering-mekanismeja on mahdollista sietää näitä virheitä ilman, että ne vaikuttavat laitteen suorituskykyyn. Tutkimuksemme kattaa puhdistusmenetelmiä (gettering) muun muassa P/B-diffuusion, $\text{SiO}_x$-saostumien, Al-kerroksen sekä ioni-istutuksen avulla. Sovelluskohteina voivat olla joko erittäin puhdas pii tai aurinkokennoluokan / jalostettu metallurginen pii. Tutkimustoimintaamme kuuluu myös kidevirheiden karakterisointimenetelmien kehittäminen, esimerkiksi vähemmistökantajien elinikään perustuen.

Atomikerroskasvatusteknologialla (ALD) on juuret Suomessa. Tiiviissä yhteistyössä Beneq Oy:n kanssa tutkimme ALD-ohutkalvojen perustavanlaatuisia passivointimekanismeja sekä kehitämme prosesseja ja laitteistoja sekä n- että p-tyypin piikennoille.

Kuparikontakteja käytetään jo laajasti mikroelektroniikassa. Halvemman hinnan ansiosta verrattuna nykyisin käytettävään hopeaan kupari tulee mitä ilmeisimmin pian käyttöön myös kaupallisissa aurinkokennoissa. Piiaurinkokennojen prosessointilinjastomme kattaa kuparimetalloinnin spatteroinnilla tai höyrystämällä, mitä seuraa elektrolyyttinen pinnoitus (galvanointi). Tutkimme muun muassa liitäntänauhan (interconnecting ribbon) soveltuvuutta kuparikontakteihin.