Väitös kehittyneiden materiaalien ja fotoniikan alalta, FM Jennifer Ott

FM Jennifer Ott väittelee perjantaina 19.3.2021 klo 12 Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulussa, elektroniikan ja nanotekniikan laitoksella. Väitöskirjan nimi on "Application of atomic layer deposited thin films to silicon detectors".

Vastaväittäjä: Dr. Kevin Lauer, CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH, Saksa
Kustos: Professori Hele Savin, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, elektroniikan ja nanotekniikan laitos

Väitöstilaisuus järjestetään etäyhteydellä Zoomissa, jonne voi liittyä vapaasti:https://helsinki.zoom.us/j/68423621703
Zoom pikaopas: https://www.aalto.fi/fi/palvelut/zoom-pikaopas

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen: https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Väitöstiedote:
Piitä hyödynnetään laajasti erilaisten säteily- ja hiukkasilmaisien pohjamateriaalina. Piistä valmistettuja pikseli-ilmaisimia käytetään myös hiukkasten ratojen määrittämiseen kokeellisessa hiukkasfysiikassa, kuten Suuren Hadronitörmäyttimen (Large Hadron Collider, LHC) koeasemissa. Näissä vallitsevat hyvin haastavat olosuhteet pii-ilmaisimille, erityisesti korkeiden säteilytasojen muodossa. Tämä tutkielma käsittelee atomikerroskasvatus -menetelmällä (atomic layer deposition, ALD) kasvatettujen alumiinioksidi (Al2O3) -ohutkalvojen käyttöä pii-ilmaisimissa eristeenä ja pintapassivointina. Negatiivisen oksidivarauksensa ja korkean dielektrisyysvakionsa vuoksi tämä materiaali on lupaava vaihtoehto eristävälle ioni-implantoinnille korkean resoluution pikseli-ilmaisimissa, jollaisia kehitetään koeasemien päivityksiin ja kokonaan uusiin hiukkasfysiikan kokeisiin. Säteilyn aiheuttamaa pii-ilmaisimen toimintakyvyn heikkenemistä pyritään myös vähentämään tekemällä ilmaisimista kapasitiivisesti kytkettyjä, jolloin Al2O3 toimii kytkintäeristeenä ja kuvioitu titaaninitridikalvo (TiN) bias-vastuksena. Al2O3-ohutkalvojen pintapassivointia ja sähköisiä ominaisuuksia float-zone ja Czochralski-piillä tutkitaan aluksi kontaktittomilla karakterisointimenetelmillä, ja myöhemmin diodeissa ja MOS-kondensaattoreissa. Huomiota kiinnitetään erityisesti eri hapen lähtöaineiden vaikutukseen Al2O3-ohutkalvojen ominaisuuksiin. Vaikka perinteisesti käytetty vesi lähtöaineena tarjoaa korkeimmat rekombinaatioelinajat sekä parhaat läpilyöntiominaisuudet diodeissa, näin kasvatettujen kalvojen oksidivaraus jää verrattain matalaksi ja kompensoituu nopeasti positiiviseksi gammasäteilytyksen vaikutuksesta. Otsonilla kasvatetuilla kalvoilla varaus on korkeampi ja sen säteilynkestävyys on parempi. Tässä tapauksessa veden ja otsonin yhdistelmä osoittautuu parhaaksi hapen lähtöaineeksi alumiinioksidin kasvatukseen. Lisäksi tutkitaan tarkemmin vedellä kasvatetuissa Al2O3-kalvoissa esiintyvää blisteröintiä ja esitellään uusia havaintoja tämän ilmiön kytkeytymisestä piisubstraatin dopaukseen. Lopuksi kuvaillaan pikseli-ilmaisimien prosessointia, kiinnittäen erityistä huomiota ALD-prosessivaiheisiin, sintrauslämpötilaan sekä TiN -vastusten valmistamiseen. Ilmaisimien flip-chip -bondaus lukuelektroniikkaan ja niiden testaaminen radioaktiivisilla lähteillä vahvistavat, että AC-kytketyt, alumiinioksidia hyödyntävät pikseli-ilmaisimet soveltuvat tulevaisuuden korkeaenergiafysiikan jälki-ilmaisimiksi.

Väittelijän yhteystiedot: