Headlines

• The table of contents
• will be automatically generated!

TKK and Nokia Nano collaboration has hit its stride

Less than a year ago Nokia and TKK established a nanotechnology research collaboration agreement based on open exchange of information. Markku Oksanen and Reijo Lehtiniemi, researchers at the Nokia Research Center, have since then been part of the Micronova research community along with over a hundred TKK researchers.

Markku Oksanen left in the picture and Reijo Lehtiniemi right

Nokia nano researchers have established a base on the fourth floor of Micronova. They seem very enthusiastic about the new collaboration and emphasise creativity and the possibilities of finding new and different technical applications from the broad research material. New customs of course mean learning new things.

“The change to earlier working methods is significant and it does require a confidential approach and cooperation from both parties – a new untried way of working has to be created. Normally the research is commissioned – the customer pays and the supplier supplies. In this model the roles of both parties are clear. In the open innovation model, on the other hand, a lot of things are open in a positive way and they are agreed upon as the cooperation proceeds”, says Markku Oksanen.
“Both parties have a lot to learn and so we need to approach things humbly and without prejudice. The work is done together at a personal level. Because the commission is, as the name says, open and the specific result isn’t know, money doesn’t have the same effect as it does in commissioned research”, Markku Oksanen continues.

Both researchers are committed to Nokia and talented inventors – a lot of patents have been made over the last 10 years. The basic knowledge comes from the Electronics Research Laboratory, the Department of Physics at Helsinki University, which was, and its successor still is, a very business and innovation centered unit. 

On the question of how it feels to return to the academic world Reijo Lehtiniemi answers: “The premises for basic research are the same as ever. Ten years of industrial research experience has however opened a new, wider view to this already familiar approach.”

”One of the prerequisites of creativity is to be able to focus on things in peace for as long as is needed and for this TKK offers good opportunities. In the corporate world research mostly has a deadline and very practical aims. In this interface of academic and industrial research there is a clear synergy and we can most likely transfer good practices from one side to the other, especially when it comes to utilising research results in different technologies”, Lehtiniemi continues.

The Nokia and TKK collaboration at Micronova is coordinated by Director Veli-Matti Airaksinen. The work with Professor Ilkka Tittionen has already produced results for example in the calculations of MEMS-resonator groups and signal processing and with Docent Sami Franssila results have been had in the areas of carbon nano tube networks and microfluidistics. With Professors Harri Lipsanen and Pertti Hakonen the opportunities of a promising new technology, graphene electronics, is being researched experimentally.

As a result of the collaboration new solutions, applications and publications important to the academic community are expected. An important goal is of course generating patents. For this, new rules are needed as well, which will most likely be forged as a result of the collaboration.
“From the researchers point of view the aim of this project based on open exchange of knowledge is joint research and doing things together. The parties must be able to trust each other and bring things to the common table. The openness must be mutual and it requires new rules. It is better to own 10% of something than 100% of nothing”, Markku Oksanen sums up.

 

Contact information:

Markku Oksanen
Nokia Research Center
P.O. Box 407
FI-00045 NOKIA GROUP
Phone +358 (0) 7180 37331, Mobile +358 (0) 50 4837331
markku.a.oksanen@nokia.co

Reijo Lehtiniemi
Nokia Research Center
P.O. Box 407
FI-00045 NOKIA GROUP
Phone +358 (0) 50 483 6240
reijo.lehtiniemi@nokia.com

 

European Research Organizations join forces - VTT enters unique micro and nanotechnology alliance

VTT’s President and CEO, Erkki KM Leppävuori, highlights that Finland has exceptional expertise to offer through VTT and that VTT is quite enthusiastic to participate in the research collaboration.

- In the global scale, HTA is a very significant operator as well as a unique entity when developing competitiveness and innovation activities within the area of micro and nanotechnology. HTA is more than a collaboration network. It enables the restructuring the way research is being carried out in Europe. For these reasons, VTT is very motivated to be an active contributor in this alliance.

Strategic partnerships and the European economy

The thrust of HTA is to develop strategic partnerships with European and global industry, as well as the European Union, enhancing innovation by technology transfer to industrial applications. The main objectives of HTA are:

- Provide world-class solutions to customer needs by offering the joint technological know-how and capabilities of the partners
- Create operational efficiencies through synergies (knowledge exchange, investment, basic research, etc.)
- Exchange understanding and create visions
- Foster the acquisition of new projects

HTA will be providing one-stop solutions, leveraging all the aspects of its technologies. A secondary objective is the sharing of strategic and scientific information and the development of valuable synergies within this new network. For the 5000 researchers working within the alliance, this means unprecedented opportunities for learning and exchanges within a rich and stimulating environment.

Creating economic value from research activities

The increased focus of public funds for applied research means that alliances like HTA are inevitable in ensuring that promising research areas can be efficiently pursued. No single research institute is capable of covering the whole range of technologies, infrastructures or competences required, bearing in mind that innovative solutions and products can only arise from a broad combination of technologies and competences.

HTA covers the complete value chain, from research to engineering and small-volume production. The combination of the technological infrastructures and competencies of the four institutions enables HTA to offer a portal to solutions for automotive, aeronautics & space, information & communication, healthcare & wellness, energy and environment, and industrial process control.

Cooperation between the partners is initiated by defining key areas of research and subsequently identifying joint projects. This approach enables each institute to offer their customers – especially small- to medium-sized firms – access to cutting-edge research and development at a very early stage, thus giving these companies a distinct competitive advantage. The development of the next generation of micro-nano systems has already benefited from this cooperation, with a first step being the development of a facility network.

A crucial link between research and industry

The HTA partners have decided to create a jointly owned company to increase their presence in those parts of Europe where they have not fully exploited the market potential. This entity will concentrate mainly on the acquisition of industrial projects, and will thus enable the creation of significant added value.

Impact on European leadership in microsystems technology

Europe is currently a leader in the field of microsystems, both in terms of research and industrial development, and microsystems represents an important enabling technology for many world-leading European companies. In order to remain competitive, and to respond to increasingly complex technological requirements – as well as the multidisciplinary nature of 21st-century research – it is now more vital then ever to pool knowledge and expertise.

http://www.hta-online.eu

Further information:

Mr. Ilkka Suni
VTT Technical Research Centre of Finland (Finland)
Phone: +358 20 722 6300
vtt@hta-online.eu

 

VTT and Joensuu University provide micro-optics teaching kit for Finnish schools

There is need for more and more experts on the behavior of light and its properties in the field of optics. VTT and Joensuu University are the Finnish partners in NEMO (Network of Excellence on Micro-Optics), part of the 6th framework program of the European Commission. The network has made micro-optics teaching material available to all interested teachers in the EU countries. Because of the activity of Joensuu University and VTT Finnish schools were among the first to get access to the educational kit. The aim is to get young people interested in the ever growing field of optoelectronics.

The importance of light processing is emphasized more and more as the share of optoelectronics and micro-optics in modern products is growing fast. LEDs and photoconductors are integrated into keyboards and displays, fiber optics and semiconductor lasers into broadband connections, spectrometers into measuring devices on paper machines and cameras into security systems.

Photonics means the creation, processing and detection of light. As the invention of the semiconductor transistor in 1948 revolutionized electronics, the invention of the semiconductor laser in the 1960s revolutionized the development of photonics. The development of electronics is naturally a few decades ahead of the development of photonics.

According to a report by Photonics21 (http://www.photonics21.org/), the technology platform for photonics in Europe, the turnover of optoelectronics in Europe in 2005 was 43.5 billion Euro. The number is large, taking into account that the turnover of the semiconductor technology in Europe that year was only 30 billion Euro. The field of optoelectronics is growing faster than the field of semiconductor technology. In 2006 the turnover of optoelectronics was already 49 billion Euro, with a growth of 12%.

In Finland the photonics research is at a high level. Despite that there is an ever increasing need for experts.

NEMO educational kit to upper secondary schools

The educational kit is suited for the optics course classes in upper secondary schools. The kit can be used to the appropriate extent in higher classes to get students interested in optical equipment.

The kit contains among other things a laser pen and two plastic cards that have micro-optical components on them. Accompanying them is a CD-ROM with the manual for the kit, a few computer simulations and instructions and explanations for the experiments. The cards have 13 elements based on diffraction effects and 6 based on refraction effects.

The NEMO network delivers the educational kits free to EU countries. Finland is getting a few hundred kits. These kits will be distributed to interested teachers in schools.

More information about NEMO: http://www.micro-optics.org/
More information about the educational kit: http://www.micro-optics.org/www/wonderful_light

More information:
Pentti Karioja
Research Professor, VTT
Tel. +358 40 730 7529, pentti.karioja@vtt.fi

 

The Open Innovation-seminar was held in Micronova 13.5.2008

An open exchange of information isn’t a new thing as such, but we have to apply it in a new way in the current market economy, and this brings a lot of new challenges for universities, research institutes and companies. Especially difficult are copyright issues, and they are probably the largest threshold questions facing openness..

Nokia’s Chief Technology Officer and keynote speaker at the Open Innovation seminar, Bob Iannucci’s message was that in the current product development race it is a greater risk being closed than being open.

Nokia has practiced product development based on open innovation for over 10 years now, and last year they also started collaborating with Finnish technical universities, including TKK, at which point a broader discussion about the subject began in Finland. In open innovation problems are solved together with communities outside the company. It is challenging telling your partners what you don’t know or can’t do. According to Iannucci this isn’t a competition problem either, because solutions aren’t sought to current problems, but rather through joint projects ideas and solutions for future applications, a few development generations away are sought. 

Product development should be real work in a laboratory environment, not just the exchange of tables and graphs.

Professor Liisa Välikangas of Helsinki School of Economics stressed the importance of leadership when she discussed ”What’s open in an open innovation?”.

On the panel were researcher Nina Granqvist from Helsinki School of Economics, Director Veijo Ilmavirta from Otaniemi International Innovation Centre (TKK), Executive Vice President Tapio Kouvu from VTT, Director Jukka Rantala from Nokia Research Center and Senior Technology Advisor Markku Rajala from Beneq Oy.

The whole seminar was videoed and you can watch the videos from the link below.

http://ecmedia.hut.fi/s/micronova08

Henry Chesbrough on määritellyt Open Innovation -käsitteen alla olevasti:

“Open innovation is the use of purposive inflows and outflows of knowledge to accelerate internal innovation, and expand the markets for external use of innovation, respectively. [This paradigm] assumes that firms can and should use external ideas as well as internal ideas, and internal and external paths to market, as they look to advance their technology.”

Henry Chesbrough, Open Innovation: Researching a New Paradigm, published 2006

 

Olari Upper Secondary School students learning nano at Micronova

A total of 12 students from Olari upper secondary school familiarized themselves with micro and nanotechnology methods and opportunities at Micronova over a four day period 5.-8.5.2008.

The daily program was planned as a whole so that it was suitably connected to the whole micro and nanotechnology series. The students did as much as possible themselves during the contact teaching period. Some equipment does however require longer training and for those the researchers’ expertise was needed.

Monday started with the etching of silicon, which is a basic manufacturing technique for micro and nanosystems, and requires a clean room to work in. On Tuesday the students acquainted themselves with the GaN-LED, aka the blue LED. On Wednesday it was turn for the silicon micromechanical oscillators and wireless communications technologies. Thursday was about imaging with atomic force and electron microscopes (AFM, SEM). The upper secondary school students were guided by TKK researchers working at Micronova, Nikolai Chekurov, Mika Koskenvuori, Olli Svensk and Timo Voipio.

The program had been designed by a team: From TKK Professor Ilkka Tittonen and Director Veli-Matti Airaksinen and from Olari upper secondary school Deputy Principal Maija Flinkman.

On Friday it was turn for a lecture day at the Olari school. During the day the groups that had been studying at Micronova presented what they had learned to the other students.

The training organised now is part of a larger micro and nanotechnology teaching development program, the so called Top Teach-project.
More information:

Professor Ilkka Tittonen
TKK, Micro and Nanosciences

Tel + 358 9 451 2287
ilkka.tittonen@tkk.fi

Director Veli-Matti Airaksinen
Micronova, TKK
Tel. +358 9 451 6075 or +358 50 341 4766
veli-matti.airaksinen@tkk.fi

Deputy Principal Maija Flinkman
Olari Upper Secondary School
Tel. +358 9 816 43242
maija.flinkman@espoo.fi

Quantum mechanical phenomenon, the Berry phase, has been measured in superconducting nanocircuits

Researchers at Low Temperature Laboratory, TKK, have measured a so-called Berry’s geometric phase in superconducting nanocirsuits. The Berry phase was observed by pumping electron pairs in a superconducting loop while measuring the produced current. Together with the experiments done at ETH Zurich, these measurements are the first observation of the Berry phase in macroscopic quantum systems.

Quantum mechanical phenomena are usually only dominating in very small systems like atoms. Thus a typical quantum system, in which the Berry phase has been measured, consists only of a single particle. Macroscopic quantum effects, on the contrary, manifest themselves at low temperatures. In the measurements reported here, the temperature was only 100 millikelvins, that is, 0.1 degrees above the absolute zero.

Low temperatures can give also rise to another quantum mechanical phenomenon, namely, superconductivity. At low enough temperatures, almost all metals have been observed to have the transition into a superconducting state, which implies their electric resistance to vanish. Furthermore, the electric current in superconductors is not carried by single electron but by so-called coherently moving Cooper pairs.

“Quantum effects in macroscopic systems are very interesting as such, since quantum mechanics is typically related to physics at atomic level. Furthermore, superconducting components are interesting also because they can be fabricated with similar clean-room techniques as usual electric circuits, and hence they can have potential in the applications of quantum information”, tells professor Jukka Pekola.

Towards geometric quantum computing?

The Berry phase is a fundamental quantum phenomenon. Sir Michael Berry predicted theoretically in 1984 that if a single energy ground state of a quantum system is manipulated cyclically with external control fields, the system returns to its physical initial state after each cycle, but it has acquired a quantum phase on the way. The phase has a geometric component which only depends on what kind of cycle one uses, not the speed on the cycle is traversed. The Berry phase a member of a large family of geometric phases: In classical physics, geometric phases can be, for example, used to measure the relativistic curvature of our space-time, and on the other hand, the applicability of quantum mechanical phases to so-called geometric quantum computing has been extensively studied by theoretical means.

“Superconducting nanocircuits are potential candidates of the quantum computer since they are fabricated on silicon, and hence can be directly integrated with classical computing resources. Silicon technology also guarantees good scalability in production”, tells doctor Mikko Möttönen about the future applications. “The studies done at TKK are the first step towards geometric quantum computing in superconducting nanocircuits”, continues Möttönen.

A recognized scientific journal, Physical Review Letters (PRL), considered the article about the research at TKK as Editors’ Suggestion. Together with the experiments done at ETH Zurich [Science 318, 1889 (2007)], these measurements are the first observation of the Berry phase in macroscopic quantum systems [Phys. Rev. Lett. 100, 177201 (2008)]. www.http://link.aps.org/doi/10.1103/hysRevLett.100.177201

 

 

For more information:

Professor Jukka Pekola
PICO group, Micronova
Low Temperature Laboratory, TKK
Helsinki University of Technology
pekola@boojum.hut.fi
p. +358 9 451 4913

Dr. Mikko Möttönen
Department of Engineering Physics
Helsinki University of Technology
mikko.mottonen@tkk.fi
p. +358 9 451 2342

 

Finnish research result: Future electronics will give more space for design

In the future, the rigid electronic boards will not place restrictions in the design of new products, as the manufacturing technology is being developed towards more flexible, design-friendly and inexpensive form of electronics. New manufacturing methods will change the production processes and will enable the manufacturing of entirely new kinds of products. VTT Technical Research Centre of Finland sees a bright future in printable and plastic-based electronics and is investing in the research in this area. 

Major progress is being made in the fields of printed electronics and material research, which will allow the introduction of new electronics manufacturing methods and products. Electronic products that will differ substantially from the present in terms of their features will be launched to the markets within a few years. Future applications employing plastic-based electronics could include mobile phones and electronic appliances for home and for the automotive industry, in particular. By using integrated sensors, light sources and lightguides it is also possible to make new types of products for e.g. lighting and decoration. Electronics may also be introduced into products where they have not been used before. An example of such an application could be a spoon that automatically measures the weight and temperature of it’s content.

The simplest applications can already be manufactured today but it will take five to ten years before more complex devices can be introduced to markets. In the future, electronic products will be designed more freely as the electronics circuits are printed on flexible foils instead of conventional rigid circuit boards. The final product will be partly or entirely flexible, streamlined and it will address the user’s requirements better. By printing electronics circuits on a plastic film, it is possible to cut down manufacturing costs and use more environmentally friendly manufacturing methods than what is seen currently in the production of standard circuit boards.

VTT is developing a plastic-based electronics manufacturing technology that will combine research activities in optics, mechanics and printed electronics. Electronic circuits and components are integrated into plastic mouldings in order to reduce the total number of components in devices, lower assembly costs and improve product durability. This integration will also reduce the size of appliances by removing the empty space within them. The two combined manufacturing technologies, printed electronics and injection moulding, are particularly suitable for applications where the manufacturing volumes are large.

The European electronics industry must specialise in order to survive the increasingly hard global competition, as electronics manufacturing is being moved to countries with smaller labour costs. The plastic-based electronics technology can be developed into a next-generation manufacturing paradigm that simultaneously makes use of established expertise and machines as well as the opportunities offered by new technology. Methods that combine injection moulding and printing are very cost-effective but call for broad technical planning and expertise, which makes the copying of products difficult. In fact, the European electronics industry could fight the China phenomenon by developing electronics manufacturing clusters that gather state-of-the-art expertise and specialise in a limited field of applications.

The combination of injection moulding technologies with printed electronics is being investigated in VTT’s self-funded SIPS project, which is part of a Complex Systems Design theme.

Presentations:

Janne Aikio: Future electronics will give more space for design (pdf)

Jukka-Tapani Mäkinen: VTT's research activities in plastic electronics (pdf)

VTT's Plastic electronics concept, which combines printed electronics and film over molding Muovielektroniikan tuotekonsepti 

Signboard - VTT's Plastic electronics product concept 

Smartspoon  - VTT's product concept, which combines printed electronics and film over mold. Smart Spoon measures weight and temperature. Plastic handle has sensors and integrated screen. Device has a photocell as power source.

 

Additional information:

Janne Aikio
Technology Manager
+358 20 722 2254

Jukka-Tapani Mäkinen
Senior Research Scientist
+358 20 722 2262

 

Tapio Mäkelä: Doctoral Dissertation, Åbo Akademi University, Department of Physics and Center for Functional Materials

Towards printed electronic devices
Large-scale processing methods for conducting polyaniline

In Mäkelä's work, five different patterning methods were developed to demonstrate
the processing possibilities of polyaniline (PANI). Two different dopants,
camphorsulfonic acid (CSA) and dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA), were
used to achieve PANI with high electrical conductivity that was soluble in
various solvents. These solutions were used as printing inks in the processing.

PANI was used in step-by-step methods such as UV lithography and
nanoimprinting lithography (NIL). The continuous methods used were rotogravure
printing (GRAVURE), flexographic printing (FLEXO) and roll-to-roll nanoimprinting
lithography (rrNIL). Dimensions from the submicrometre to the millimetre scale
were demonstrated in both processing routes. The functionality of PANI within
the studied methods is compared and problems in scaling up to high-volume
manufacturing are discussed.

http://www.vtt.fi/inf/pdf/publications/2008/P674.pdf

Additional information

Tapio Mäkelä
Senior Research Scientist
+358 20 722 6317
tapio.makela@vtt.

 

 

 

The LED research of the Optoelectronics research group verges on top class

There are currently seven researchers working in the Optoelectronics research group, part of TKK’s Department of Micro and Nanosciences. Docent Markku Sopanen has been leading the Optoelectronics group since Professor Turkka Tuomi retired in 2002. Markku Sopanen has taken part in the research of the previous Optoelectronics laboratory since it was founded in 1990.

From the left: Marco Mattila (has moved on), Pekka Törmä, Markku Sopanen, Olli Svensk, Abuduwayiti Aierken, Sami Suihkonen ja Muhammad Ali. Juha Riikonen was absent when taking the photo.

Teaching is a significant part of the Optoelectronics research group’s work. Markku Sopanen still holds the Physics I course and every year 350 TKK students learn their physics basics under his guidance. The greatest change in the contents of the physics courses took place in the beginning of the 2000s, when educationalists together with TKK’s teaching staff strove to increase the appeal of technical studies.

"As a result of this development work exercises where the students solved problems with the help of assistants during the exercise were taken into use, as an example. The students clearly benefited from this way of working, at least in the sense that the returned exercises and attendance to the course has increased”, says Markku Sopanen.

The group also teaches optoelectronics major level courses for both Finnish and international Master's Programme in Micro- and Nanotechnology students.

The focus of research is on the development of GaN-LEDs

The Optoelectronics group has researched and manufactured so called compound semiconductor structures needed in optoelectronics components for over 20 years. The manufacturing of GaN technology based wafers on sapphire is well mastered in the group. Now the focus is on component development and on getting good quality parallel light from the wafers.

“Before Shuji Nakamura’s invention the use of gallium nitride in LEDs and lasers wasn’t considered possible. Since then a lot of effort has gone into GaN research and funding for research in this area has also been available. The development of these sorts of focus areas in research funding is a very normal development stage”, says Markku Sopanen.

The Optoelectronics group has also sought out international expertise for the development of LED-research. An example is Mikael Mulot, who worked in the group for two years. He brought know-how to component processing as an expert on dry etching.

During the last five years the Optoelectronics group has worked in close collaboration with OptoGaN Oy and developed innovative methods for making GaN based LEDs and lasers brighter.

“The blue LEDs made by our group are qualitatively comparable to industrially produced LEDs” says Markku Sopanen contently. “We are also directing our research to the production of white light and ultraviolet LEDs”, Sopanen continues.

Among the manufacturing equipment the group uses are the only MOVPE systems (metalorganic vapor phase epitaxy) in Finland. Visible light emitting (blue, green and white) LED production starts with the manufacturing of GaN based layers on sapphire substrate with an accuracy of one atomic layer, using the MOVPE method. On a microscopic level there are however a large amount of crystal defects that diminish the clarity of the LEDs. The research group has managed to develop methods to reduce the amount of these defects.

The HVPE project produces a new reactor for the fabrication of wafers

Another important research area is the HVPE method (hydride vapor phase epitaxy). The Optoelectronics group started further development on this method at the beginning of 2007 along with two business partners; the aim was to develop a reactor suitable for the fabrication of thick gallium nitride wafers. With the help of these base substrates it is possible to manufacture brighter LEDs and so the project can for instance help promote LED lights become more widespread. It will also make it possible to manufacture more efficient lasers and transistors.

“The reduction of crystal defects with the help of the new equipment and the reduction of production costs are our main aims in this project. So the aim is to increase the energy efficiency of LEDs and reduce their price. In a few years we will see that the efficiency of LEDs is clearly better than that of fluorescent lamps”, says Markku Sopanen.

The project is to develop in collaboration with Beneq Oy and OptoGaN Oy a new reactor, which will be able to fabricate 300-500 micrometer thick wafers. The market for such wafers are substantial, since annually 8 million substrate wafers are used for the manufacturing of gallium nitride components, and the branch  is rapidly growing.

The group also does quantum dot research. Quantum dots are nano sized semiconductor structures. They can also be energy pits, created by small deviations in structure, which capture the electron in semiconductors. In suitable conditions the quantum dot transmits light, and so it can be used for the manufacturing of LEDs and lasers.

”A future challenge is also the matching of electronics and optoelectronics. For instance the integration of semiconductor lasers and LEDs into micro circuits would make data transfer a lot quicker” Markku Sopanen says about the future.

 

Contact information:

Docent Markku Sopanen
Micro and Nanosciences, Micronova
Tel. +358 9 451 3124
markku.sopanen@tkk.fi

 

Upcoming events in Micronova

Tour the Campus event on October 10, 2008

As part of the TKK centenary celebration year the Tour the Campus event will be held on Saturday, October 10, 2008 from 11 to 15 o'clock. Micronova will be having an open doors day then. More about the program after the summer holidays.

 

TKK:n ja Nokian nanoyhteistyö on päässyt hyvään vauhtiin

Nokia ja TKK solmivat vajaa vuosi sitten avoimeen tiedonvaihtoon perustuvan nanoteknologian tutkimusyhteistyösopimuksen. Nokia Research Centerin tutkijat Markku Oksanen ja Reijo Lehtiniemi ovat olleet siitä lähtien osa Micronovan tutkimusyhteisöä runsaan 100 TKK:laisen tutkijan kanssa.

Kuvassa vasemmalla Markku Oksanen ja oikealla Reijo Lehtiniemi

Nokian nanotutkijat ovat perustaneet työpisteen Micronovan neljänteen kerrokseen. He vaikuttavat hyvin innostuneilta uudenlaisesta yhteistyöstä sekä painottavat luovuutta ja mahdollisuuksia löytää entisestä poikkeavia teknisiä sovelluksia laajasta tutkimusmateriaalista. Uudet tavat toki tarkoittavat uuden oppimista.

- Muutos aiempaan toimintatapaan on merkittävä ja se vaatiikin molemmilta osapuolilta lähestymistä ja luottamuksellista yhteistyötä – on luotava ennen kokeilematon tapa toimia. Tavallisestihan tutkimus tilataan - tilaaja maksaa ja toimittaja toimittaa. Tässä mallissa osapuolten roolit olivat selkeät. Sen sijaan open innovation –mallissa monet asiat ovat myönteisellä tavalla avoimia ja niistä sovitaan yhteistyön edetessä, toteaa Markku Oksanen.

- Molemmilla osapuolilla on opittavaa ja siksi asioita on lähestyttävä nöyrästi ja ennakkoluulottomasti. Työ tehdään henkilötasolla yhdessä. Koska toimeksianto on nimensä mukaisesti avoin, eikä tarkkaa lopputulosta tiedetä, raha ei ole samalla tavoin vaikutin kuten tilaustutkimuksessa, jatkaa Markku Oksanen.

Molemmat tutkijat ovat sitoutuneita nokialaisia ja lahjakkaita keksijöitä – patentteja on tehty runsaasti 10 vuoden aikana. Perusosaaminen on peräisin Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksen Elektroniikan tutkimuslaboratoriosta, joka oli ja sen seuraaja on edelleen hyvin business- ja innovaatiokeskeinen yksikkö.

Kysymykseen miltä tuntuu palata akateemiseen maailmaan Reijo Lehtiniemi vastaa: ”Perustutkimuksen lähtökohdat ovat entisellään. Kymmenen vuoden teollinen tutkimuskokemus on kuitenkin avannut uuden, laajemman näkökulman tähän jo entuudestaan tuttuun lähestymistapaan”.

”Yksi luovuuden edellytyksistä on saada syventyä asioihin rauhassa niin kauan kuin on tarpeen, ja tähän TKK tarjoaa hyvät mahdollisuudet. Yritysmaailmassa tutkimustyöllä on useammin aikaraja ja hyvin käytännönläheiset tavoitteet. Tässä akateemisen ja teollisen tutkimuksen rajapinnassa on olemassa selvää synergiaa, ja voimme todennäköisesti siirtää hyviä käytäntöjä puolelta toiselle erityisesti tutkimustulosten hyödyntämisestä erilaisissa teknologioissa”, jatkaa Lehtiniemi.

Nokian ja TKK:n yhteistyötä Micronovassa koordinoi johtaja Veli-Matti Airaksinen. Työ prof. Ilkka Tittosen kanssa on tuottanut jo tuloksia mm. MEMS-resonaattorijoukkojen laskennassa ja signaalinkäsittelyssä sekä dos. Sami Franssilan kanssa hiilinanoputkiverkkojen ja mikrofluidistiikan alueilla. Professorien Harri Lipsanen ja Pertti Hakonen kanssa kokeellisesti tutkitaan lupaavan, uuden teknologian, grafeenielektroniikan, mahdollisuuksia.

Yhteistyön tuloksena odotetaan syntyvän uusia ratkaisuja, sovelluksia sekä akateemiselle yhteisölle merkittäviä julkaisuja. Tärkeänä tavoitteena on tietysti saada aikaan patentteja. Tässäkin asiassa tarvitaan uudet pelisäännöt, jotka muokkautunevat yhteistyön tuloksena.

- Tutkijan näkökulmasta tämän avoimeen tiedonvaihtoon perustuvan hankkeen tarkoituksena on yhteinen tutkimus ja yhdessä tekeminen. Osapuolten on voitava luottaa toisiinsa ja tuotava jaettavaa yhteiseen pöytään. Avoimuuden tulee olla molemminpuolista, ja siihen tarvitaan uusia pelisääntöjä. On parempi omistaa 10 % jostakin kuin 100% ei mistään, kiteyttää Markku Oksanen.

 

Yhteystiedot:

Markku Oksanen
Nokia Research Center
P.O. Box 407
FI-00045 NOKIA GROUP
Phone +358 (0) 7180 37331, Mobile +358 (0) 50 4837331
markku.a.oksanen@nokia.co

 

Reijo Lehtiniemi
Nokia Research Center
P.O. Box 407
FI-00045 NOKIA GROUP
Phone +358 (0) 50 483 6240
reijo.lehtiniemi@nokia.com

 

Eurooppalaiset tutkimusorganisaatiot yhdistävät toimintaansa - VTT jäseneksi mikro- ja nanoteknologioiden huippuallianssiin

VTT yhdistää elektroniikkaan liittyviä mikro- ja nanoteknologioiden tutkimustoimintaansa muiden eurooppalaisten huippututkimuslaitosten kanssa. Vuonna 2006 perustetun Heterogeneous Technology Alliancen (HTA) muita jäseniä ovat sveitsiläinen CSEM, ranskalainen CEA ja saksalainen Fraunhofer-Gesellschaft. Yhteistyön myötä jäsenet voivat hyödyntää toistensa osaamista ja tutkimusympäristöjä. Kyseessä on myös tutkimuksen uudelleenorganisoituminen, jolloin resurssit voidaan kohdentaa aiempaa tehokkaammin. Pelkästään mikro- ja nanoteknologioiden alalla elektroniikan tutkimukseen liittyen HTA:n puitteissa työskentelee 5 000 tutkijaa.

VTT:n pääjohtaja Erkki KM Leppävuori korostaa, että Suomella on VTT:n kautta tarjottavanaan ainutlaatuista osaamista ja VTT osallistuu tutkimusyhteistyöhön erittäin mielellään.

- HTA on maailman mittakaavassa merkittävä toimija ja ainutlaatuinen kokonaisuus kehitettäessä kilpailukykyä ja innovaatiotoimintaa mikro- ja nanoteknologioissa. HTA on enemmän kuin yhteistyöverkosto. Sen avulla eurooppalaista tutkimusta organisoidaan uudelleen. Tämän vuoksi VTT on erittäin motivoitunut olemaan aktiivinen toimija HTA:ssa.

Strateginen kumppanuus edistää eurooppalaista elinkeinoelämää

HTA:n lähtökohtana on kehittää strategista kumppanuutta, joka mahdollistaa entistä paremman tarjoaman teollisuuden käyttöön. HTA pyrkii tarjoamaan maailmanluokan ratkaisuja asiakkaiden tarpeisiin partnereiden yhdistetyn osaamisen ja teknologioiden avulla. Samalla se luo toiminnallista tehokkuutta tiedonvaihtoon, investointeihin ja perustutkimukseen liittyen. HTA:n tavoitteena on myös edistää uusien hankkeiden ja visioiden luomista.

– HTA tuottaa teknologioihinsa liittyviä palveluita nk. "yhden luukun" periaatteella. Tavoitteena on myös vaihtaa strategista ja tieteellistä tietoa ja kehittää osapuolten yhteistyötä. 5000 tutkijan osaaminen ja innostunut yhteistyön ilmapiiri luovat ennennäkemättömät mahdollisuudet oppimiseen ja tiedon jalostamiseen. Lisäksi HTA on ainutlaatuinen kokonaisuus myös maailmanlaajuisella tasolla, painottaa teknologiajohtaja Jussi Tuovinen.

Liiketoimintaa teknologiasta ja tutkimuksesta

Kilpailu soveltavan tutkimuksen julkisesta ja yritysrahoituksesta on aiempaa kovempaa. Sen vuoksi HTA:n kaltaiset yhteistyörakenteet ovat välttämättömiä varmistettaessa lupaavien tutkimuskohteiden tehokas läpivienti.  Yksittäiset tutkimuslaitokset eivät kykene kattamaan kaikkia teknologioita tai hankkimaan tarvittavia tutkimusympäristöjä ja osaamisia. Innovatiiviset ratkaisut ja sovellukset edellyttävät erittäin laajaa osaamisten ja teknologioiden yhdistämistä.
HTA kattaa koko arvoketjun tutkimuksesta tuotekehitykseen ja piensarjavalmistukseen. Neljän tutkimuslaitoksen tutkimusympäristöjen ja osaamisen yhdistäminen mahdollistaa ratkaisujen tarjoamisen auto-, avaruus- ja ilmailuteollisuudelle, tieto- ja viestintäteollisuudelle, terveydenhuolto- ja hyvinvointiteollisuudelle, energia- ja ympäristöteollisuudelle sekä prosessiteollisuudelle.
Yhteistyö lähtee liikkeelle tutkimuksen avainalueiden määrittelyllä, jonka jälkeen siirrytään yhteisiin hankkeisiin. Tämä lähestymistapa mahdollistaa sen, että osapuolet voivat tarjota erityisesti pienille ja keskisuurille asiakkailleen huippuluokan tutkimus- ja kehityspalveluita jo varhaisessa vaiheessa antaen näille merkittävän kilpailuedun. Tulevat mikro- ja nanoteknologiasovellukset ovat jo hyötyneet yhteistyöstä, kun osapuolet ovat aloittaneet kehittää tutkimusympäristöjään koordinoidusti.

Tutkimus linkittyy teollisuuteen yhteisyrityksen avulla

HTA:n jäsenet ovat päättäneet perustaa yhteisyrityksen, jonka avulla ne voivat edistää toimintaansa niissä osissa Eurooppa, joiden markkinapotentiaalia ei ole vielä täysin hyödynnetty. Yhteisyritys keskittyy merkittävää lisäarvoa tuottavien tutkimuspalveluiden markkinointiin teollisuudelle.

Euroopalla johtoasema mikroteknologioissa

Euroopalla on tällä hetkellä johtoasema mikrosysteemien tutkimuksessa ja teollisessa kehityksessä.  Mikrosysteemit ovat monille johtaville eurooppalaisille yrityksille tärkeä mahdollistava teknologia. Siksi on elintärkeää yhdistää tietämys ja osaaminen, jotta voidaan säilyttää kilpailukyky sekä vastata yhä monimutkaisempiin teknologisiin tarpeisiin.

Heterogeeninen integrointi

Heterogeeninen integrointi yhdistää elektroniikan eri teknologiat ja toiminnot yhdeksi kokonaisuudeksi mahdollistaen esimerkiksi antureille ennennäkemättömän toiminnallisuuden, pienen koon ja alhaisen hinnan.

Esimerkkinä tulevaisuudesta on ihmisen elimistöön sijoitettava mikrokokoinen bioanturi verensokerin mittaamiseen. Siihen on yhdistetty lukuelektroniikka sekä digitaalinen signaalinkäsittely. Anturissa on myös langattoman tiedonsiirron mahdollistava radiotaajuinen elektroniikka ja antenni.  Perinteisesti nämä kaikki ovat olleet erillisiä komponentteja, jotka on jouduttu erikseen yhdistämään piirilevyllä.

Muut jäsenet

Fraunhofer-Gesellschaft (Saksa)

CEA - Commissariat à l‘Energie Atomique (Ranska)

CSEM - Centre Suisse d‘Electronique et de Microtechnique SA  (Sveitsi)

 

http://www.hta-online.eu

Lisätietoja:

Jussi Tuovinen
Teknologiajohtaja
020 722 6508
jussi.tuovinen@vtt.fi

Ilkka Suni
Asiakasjohtaja
020 722 6300

VTT:ltä ja Joensuun yliopistolta mikro-optiikan opetuspaketti Suomen kouluihin

Valon käyttäytymistä ja ominaisuuksia tarkastelevan optiikan taitajia tarvitaan tulevaisuudessa yhä enemmän. VTT ja Joensuun yliopisto ovat suomalaisina osapuolina EU:n kuudennen puiteohjelman NEMO (Network of Excellence on Micro-Optics) -verkostossa, joka on toteuttanut mikro-optiikan opetusmateriaalin jaettavaksi kaikille aiheesta kiinnostuneille EU-maiden opettajille. Joensuun yliopiston ja VTT:n aktiivisuuden ansoista suomalaiskoulut saavat opetuspaketin käyttöönsä ensimmäisten joukossa. Tavoitteena on saada nuoret kiinnostumaan yhä kasvavasta optoelektroniikan alasta.
Valon käsittelyn merkitys teknologian sovelluksissa korostuu kaiken aikaa, kun optoelektroniikan ja mikro-optiikan osuus nykypäivän tuotteissa kasvaa voimakkaasti. LEDit ja valojohteet sulautuvat näppäimistöön ja näyttöihin, valokuidut ja puolijohdelaserit nopeisiin laajakaistaliittymiin, spektrometrit paperikoneen mittalaitteisiin ja kamerat turvajärjestelmiin.

Fotoniikka tarkoittaa valon synnyttämistä, muokkaamista ja ilmaisua. Vastaavasti kuten puolijohdetransistorin keksiminen vuonna 1948 mullisti elektroniikan kehityksen, puolijohdelaserin keksiminen 1960-luvulla mullisti fotoniikan kehityksen. Elektroniikan kehitys kulkee luonnollisesti muutaman vuosikymmenen edellä fotoniikan kehityksestä.

EU:n teknologia-alustan Photonics21:n (http://www.photonics21.org/) julkaiseman selvityksen mukaan optoelektroniikan liikevaihto oli Euroopassa 43,5 miljardia vuonna 2005. Luku on suuri, kun otetaan huomioon, että eurooppalaisen teollisuuden puolijohdetekniikan liikevaihto samana vuonna oli ainoastaan 30 miljardia. Optoelektroniikan ala kasvaa voimakkaammin kuin puolijohdetekniikan ala: vuonna 2006 optoelektroniikan liikevaihto oli jo 49 miljardia, ja kasvua oli 12 %.

Suomessa fotoniikan tutkimus on korkealla tasolla. Siitä huolimatta osaajia tarvitaan tulevaisuudessa yhä enemmän.

NEMO-opetuspaketti lukioihin

Opetuspaketti soveltuu lukion valo-opin kurssin oppitunneille. Pakettia voi käyttää soveltuvin osin myös yläluokilla herättämään oppilaiden kiinnostusta optisia laitteita kohtaan.

Opetuspaketti sisältää mm. laserkynän ja kaksi muovikorttia, joihin on puristettu mikro-optiset komponentit. Mukana seuraa CD-romppu, jolla on opetuspaketin käyttöohjeet, muutama tietokonesimulaatio sekä oppilastöiden työohjeet ja selitykset. Muovikortilla on 13 taipumisilmiöön ja 6 taittumisilmiöön perustuvaa elementtiä.

NEMO-verkosto toimittaa opetuspaketteja ilmaiseksi EU-maihin. Suomeen paketteja saadaan muutama sata. Nämä paketit jaetaan kouluihin asiasta kiinnostuneille opettajille.

Lisätietoja NEMOsta: http://www.micro-optics.org/

Lisätietoja opetuspaketista: http://www.micro-optics.org/www/wonderful_light

Lisätietoja:
Pentti Karioja
Tutkimusprofessori, VTT
Puh. 040 730 7529, pentti.karioja@vtt.fi

 

Open Innovation –seminaari pidettiin Micronovassa 13.5.2008

Avoin tiedonvaihto ei sinänsä ole uusi asia, mutta joudumme soveltamaan sitä uudella tavalla nykyisessä markkinataloudessa, ja se tuo paljon uusia haasteita sekä yliopistoille, tutkimuslaitoksille että yrityksille. Erityisen hankalaa on hallita tekijänoikeuteen liittyviä asioita, ja ne lienevätkin avoimuuden suurimmat kynnyskysymykset.

Open Innovation –seminaarin pääpuhujana olleen Nokian teknologiajohtajan Bob Iannuccin viesti oli, että nykyisessä tuotekehityskilpailussa on suurempi riski olla sulkeutunut kuin avoin.

Nokia on harjoitellut avoimeen innovaatioon perustuvaa tuotekehitystä runsaat 10 vuotta, ja viime vuonna se ryhtyi yhteistyöhön myös kotimaisten tekniikan yliopistojen kanssa mukana mm.TKK, jolloin asiasta alettiin laajemmin keskustella myös Suomessa.  Avoimessa innovaatiossa ongelmia ratkotaan yhdessä yhtiön ulkopuolisten yhteisöjen avulla. Haasteellista on kertoa yhteistyökumppaneille mitä ei osaa tai tiedä. Tämä ei Iannuccin mukaan ole myöskään kilpailuongelma, koska ratkaisuja ei haeta tämän päivän ongelmiin, vaan etsitään yhteistyöprojekteilla ideoita ja ratkaisuja tulevaisuuden tuotteisiin muutaman kehityssukupolven päähän

Tuotekehityksen tulee olla todellista yhdessä tekemistä laboratorioympäristössä eikä vain kuvatiedon vaihtamista.

Professori Liisa Välikangas Helsingin kauppakorkeasta painotti johtamisen merkitystä pohtiessaan ”Mikä on avointa avoimessa innovaatioyhteistyössä”.

Paneelissa olivat tutkija Nina Granqvist, Kauppakorkeasta, johtaja Veijo Ilmvirta TKK:n Innovaatiokeskuksesta, toimialajohtaja Tapio Koivu, VTT:ltä, johtaja Jukka Rantala Nokia Research Centeristä ja teknologia-asiantuntija Markku Rajala Beneq Oy:stä

Koko seminaarin ohjelma videoitiin, ja voit katsoa esitykset alla olevasta linkistä.

http://ecmedia.hut.fi/s/micronova08

Henry Chesbrough on määritellyt Open Innovation -käsitteen alla olevasti:

“Open innovation is the use of purposive inflows and outflows of knowledge to accelerate internal innovation, and expand the markets for external use of innovation, respectively. [This paradigm] assumes that firms can and should use external ideas as well as internal ideas, and internal and external paths to market, as they look to advance their technology.”

Henry Chesbrough, Open Innovation: Researching a New Paradigm, published 2006

 

Olarin lukion oppilaat nano-opissa Micronovassa

Kaikkiaan 12 Olarin lukion oppilasta tutustui mikro- ja nanoteknologian menetelmiin ja mahdollisuuksiin Micronovassa neljän päivän ajan 5.-8.5.2008.

Päivittäinen ohjelma oli suunniteltu kokonaisuudeksi siten, että se nivoutui koko mikro- ja nanotekniikkajakson ohjelmaan tarkoituksenmukaisesti. Opiskelijat tekivät lähiopetusjakson aikana mahdollisimman paljon itse. Jotkin laitteet kuitenkin vaativat pidempää koulutusta, ja niihin tarvittiin tutkijoiden osaamista.

Maanantaina aloitettiin piin syövyttämisellä, joka on mikro- ja nanosysteemien perusvalmistustekniikkaa ja vaatii työskentelyä puhdastiloissa. Tiistaina tutustuttiin GaN-LEDiin eli siniseen LEDiin. Keskiviikkona olivat vuorossa piistä valmistetut mikromekaaniset värähtelijät ja langattomat viestintäteknologiat. Torstaina kuvannetiin atomivoima ja elektronimikroskoopeilla (AFM, SEM). Lukio-opiskelijoita opastivat Micronovassa työskentelevät TKK:n tutkijat Nikolai Chekurov, Mika Koskenvuori, Olli Svensk ja Timo Voipio.

Ohjelman oli suunnitellut työryhmä: TKK:lta professori Ilkka Tittonen ja johtaja Veli-Matti Airaksinen sekä Olarin lukion apulaisrehtori Maija Flinkman.

Perjantaina oli vuorossa esitelmäpäivä Olarin koululla. Päivän aikana Micronovassa oppimassa olleet ryhmät esittelevät oppimaansa muille lukiolaisille.

Nyt järjestetty koulutus on osa laajempaa Micronovassa tapahtuvan mikro- ja nanoteknologian opetuksen kehittämisohjelmaa ns. Top Teach –hanketta.

Lisätietoja:

Professori Ilkka Tittonen
TKK, Mikro- ja Nanotekniikan laitos
Puh. 09 451 2287
ilkka.tittonen@tkk.fi

Johtaja Veli-Matti Airaksinen
Micronova, TKK
Puh. 09 451 6075 tai 050 341 4766
veli-matti.airaksinen@tkk.fi

Apulaisrehtori Maija Flinkman
Olarin Lukio
09 816 43242
maija.flinkman@espoo.fi

Kvanttimekaaninen ilmiö, Berryn geometrinen vaihe, mitattu suprajohtavissa nanopiireissä

TKK:n kylmälaboratorion tutkijat ovat mitanneet ns. Berryn geometrisen vaiheen suprajohtavissa nanopiireissä. Berryn vaihe havaittiin pumppaamalla elektronipareja suprajohtavassa silmukassa ja mittaamalla tuotettu virta. Samoihin aikoihin Zürichin ETH:ssa tehtyjen kokeiden kanssa nyt tehdyt mittaukset ovat ensimmäinen havainto Berryn vaiheesta makroskooppisissa systeemeissä.

Kvanttimekaaniset ilmiöt ovat merkittäviä yleensä vain hyvin pienissä systeemeissä kuten atomeissa. Tämän vuoksi myös Berryn vaihe on tyypillisesti mitattu ainoastaan yhden hiukkasen ominaisuuksissa. Makroskooppiset kvantti-ilmiöt tulevat esiin vain matalissa lämpötiloissa, mikä näissä mittauksissa tarkoittaa alle 100 millikelviniä (-273,05 celsiusastetta) eli 0,1 astetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella.

Matalat lämpötilat tuovat usein esiin myös toisen kvanttimekaanisen ilmiön, suprajohtavuuden. Tarpeeksi alhaisissa lämpötiloissa lähes kaikilla metalleilla on havaittu suprajohtavuutta, mikä tarkoittaa sähköisen vastuksen täydellistä katoamista. Suprajohteen ominaisuuksiin kuuluu myös elektronien pariutuminen, jolloin sähkövirta ei enää olekaan yksittäisten elektronien liikettä vaan elektroniparien ns. Cooperin parien koherenttia liikettä.

”Kvanttimekaniikan ulottaminen makroskooppisiin systeemeihin on sinänsä kiinnostavaa, koska kvantti-ilmiöt mielletään yleensä atomitason fysiikkaan. Suprajohtavat komponentit ovat kiinnostavia myös siksi, että niitä voidaan valmistaa puhdastiloissa samoin menetelmin kuin elektroniikan komponentteja, ja siten niillä voi olla potentiaalia kvantti-informaatiosovelluksissa”, kertoo professori Jukka Pekola.

Kohti geometristä kvanttilaskentaa?

Berryn vaihe on perustavaa laatua oleva kvanttimekaaninen ilmiö. Sir Michael Berry ennusti vuonna 1984 teoreettisesti, että jos kvanttimekaanisen systeemin yksittäistä energian perustilaa muutetaan ulkoisilla kentillä siten, että lopulta kentät palaavat lähtöpaikkaansa, palaa myös systeemin tila fysikaaliseen lähtöpaikkaansa, mutta sille on kertynyt kvanttimekaaninen vaihe. Vaiheeseen muodostuu geometrinen komponentti, joka riippuu ainoastaan siitä, minkälaista polkua pitkin kenttiä kierretään, ei kiertonopeudesta. Berryn vaihe on osa suurempaa geometristen vaiheiden perhettä. Klassisilla geometrisilla vaiheilla voidaan mitata universumin suhteellisuusteoreettista kaareutumista ja toisaalta kvanttimekaanisien vaiheiden soveltuvuutta ns. geometriseen kvanttilaskentaan on tutkittu paljon teoreettisesti.

”Suprajohtavat nanopiirit ovat potentiaalisia kandidaatteja kvanttitietokoneelle, koska ne rakennetaan piille ja siten voidaan integroida suoraan klassisen tietokoneen komponenttien kanssa. Piiteknologia takaa myös hyvän skaalautuvuuden”, kertoo tutkija Mikko Möttönen tulevaisuuden sovelluksista. TKK:lla tehdyt mittaukset ovatkin ensiaskel kohti geometrista kvanttilaskentaa suprajohtavissa nanopiireissä.”, jatkaa Möttönen

Arvostettu tiedelehti Physical Review Letters (PRL) nosti tutkimustuloksen toimittajien suosituksiin tässä kuussa. Yhdessä Zürichin teknillisessä korkeakoulussa ETH:ssa tehtyjen havaintojen kanssa [Science 318, 1889 (2007)] Teknillisessä korkeakoulussa tehdyt mittaukset ovat ensimmäinen havainto Berryn vaiheesta makroskooppisissa systeemeissä [Phys. Rev. Lett. 100, 177201 (2008)].  http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.100.177201

 

Berryn vaiheen mittauksessa käytetty sähköinen piiri ja pelkistetty mittausjärjestely. Mustalla piirretyt viivat kuvaavat huoneen lämpötilassa olevia osia ja muut värit ovat alla kymmenesosaasteen päässä absoluuttisesta nollapisteestä. Vasemmalla on mitattu Cooperin pari –pumppu, jota kontrolloidaan veräjäjännitteellä Vg  ja kahdella ulkoisella vuolla F1 ja F2. Pumppu muodostuu suprajohtavasta saaresta, joka on eroteltu kahdella SQUIDllä. Ulkoisilla voilla voidaan supressoida SQUIDin läpi kulkeva virta ja näin määrätä kumman SQUIDin läpi virta kulkee kun vaurauksen kuljettajia vedetään saarelle veräjäjännitteellä. Pumpattu virta mitataan kuvassa oikealla olevalla detektoriliitoksella. Berryn vaihe saadaan määritettyä kun pumpattu virta mitataan vuon FDC funktiona.

 

Lisätietoja:

Professori Jukka Pekola
TKK:n kylmälaboratorio
PICO-tutkimusryhmä, Micronova
pekola@boojum.hut.fi,
Puh. (09) 451 4913

 

Dosentti  Mikko Möttönen
Teknillisen fysiikan laitos
PL 5100
02015 TKK
mikko.mottonen@tkk.fi
Puh. (09) 4512342

 

VTT tutkii: Tulevaisuuden elektroniikka on muotoiltavaa ja joustavaa

Elektroniikan ominaisuudet eivät enää aseta nykyisenkaltaisia rajoituksia tuotteiden muotoilulle tulevaisuudessa, sillä valmistusteknologiat kehittyvät yhä edullisempaan ja muovattavampaan suuntaan. Uudet valmistusmenetelmät muuttavat elektroniikkatuotteiden valmistusprosesseja ja mahdollistavat täysin uudenlaisten tuotteiden valmistamisen. VTT näkee painettavassa ja muovipohjaisessa elektroniikassa suuret mahdollisuudet ja panostaa näiden tutkimukseen.

Painettavan elektroniikan ja materiaalitutkimuksen aloilla ollaan ottamassa suuria edistysaskeleita, jotka mahdollistavat uusia elektroniikan valmistusmenetelmiä ja tuotteita. Markkinoille tulee joidenkin vuosien kuluessa elektronisia tuotteita, jotka poikkeavat ominaisuuksiltaan täysin nykyisistä. Muovipohjaiseen painettuun elektroniikkaan perustuvia tulevaisuuden tuotteita voivat olla erityisesti kännykät sekä kodin ja autoteollisuuden elektroniikkalaitteet. Muita sovelluksia voivat olla muun muassa erilaiset integroidut anturit ja valojohteet esimerkiksi valaisussa, tehosteissa, koristeissa, varoittimissa tai opasteissa. Elektroniikkaa voi tulla myös tuotteisiin, joissa sitä ei ole aikaisemmin totuttu näkemään. Esimerkki tällaisesta sovelluksesta voisi olla lusikka, joka annostelee automaattisesti halutun grammamäärän mukaisen annoksen.

Yksinkertaisimmat sovellukset ovat mahdollisia jo tänä päivänä, mutta monimutkaisempien laitteiden ilmestymistä markkinoille joudutaan odottamaan vielä 5–10 vuotta. Elektronisia tuotteita voidaan muotoilla nykyistä vapaammin käyttämällä joustavaa materiaalia elektroniikkapiirien valmistuksessa nykyisten piirilevyjen sijaan. Valmis tuote voi olla esimerkiksi osittain tai kokonaan joustava, aerodynaamisempi tai muutoin käyttäjän asettamat vaatimukset nykyistä paremmin huomioiva. Painamalla elektroniikkapiirit joustavan muovikalvon päälle valmistuskulut ovat alhaisemmat ja valmistusmenetelmä ympäristöystävällisempi kuin kemikaaleja kuluttavien prosessien avulla valmistettujen piirilevyjen.

VTT on kehittämässä muovipohjaista elektroniikan valmistusteknologiaa, jossa yhdistyvät optiikan, mekaniikan ja painetun elektroniikan tutkimusalat. Tässä menetelmässä elektroniikan komponentit integroidaan muovivalun sisään, jolloin laitteiden kokonaiskomponenttimäärää voidaan pienentää, kokoonpanokustannuksia laskea ja tuotteiden kestävyyttä parantaa. Muoviin valetut ja joustavalle alustalle painetut komponentit soveltuvat erityisen hyvin massatuotantoon, missä valmistusmäärät ovat suuria. Tämän lisäksi laitteiden koko pienenee, kun niiden sisälle ei jää tyhjää tilaa, toisin kuin nykyisiin laitteisiin.

Eurooppalaisen elektroniikkateollisuuden pitää erikoistua selviytyäkseen kiristyvässä kilpailussa, sillä elektroniikan valmistusta siirretään jatkuvasti maihin, joissa tuotantokustannukset ovat halvemmat. Elektroniikan muovivaluteknologiasta voidaan kehittää uuden sukupolven valmistusteknologiaa, joka hyödyntää samanaikaisesti jo vakiintunutta osaamista ja laitekantaa sekä uuden teknologian tuomia mahdollisuuksia. Muovi- ja painoteknologiaa yhdistävät menetelmät ovat erittäin kustannustehokkaita, mutta vaativat monipuolista teknistä suunnittelua ja osaamista, mikä vaikeuttaa tuotteiden kopiointia. Eurooppalainen elektroniikkateollisuus voisikin taistella Kiina-ilmiötä vastaan kehittämällä korkean tason osaamista vaativia, tiettyyn sovellusalaan erikoistuneita elektroniikan valmistusklustereita.

Ruiskuvaluteknologioiden yhdistämistä painettuun elektroniikkaan tutkitaan VTT:n omarahoitteisessa SIPS-hankkeessa, joka on osa VTT:n Complex Systems Design -teemaa.

Lisätietoja:

Janne Aikio
Teknologiapäällikkö
020 722 2254

Jukka-Tapani Mäkinen
Erikoistutkija
020 722 2262

Muovielektroniikan tuotekonsepti  - VTT:n tuotekonsepti, joka yhdistää painettua elektroniikkaa ja ruiskuvalua

 

Opastekyltti  - Muovielektroniikan valmistusteknologialla toteutettava tuotekonsepti. Joustavalle kalvolle on painettu elektroniikkapiirit, valoa tuottava pinnoite sekä sensori. Kalvon komponentit on suojattu ruiskuvalulla.

Älylusikka  - VTT:n tuotekonsepti älylusikasta, joka yhdistää painettua elektroniikkaa ja ruiskuvalua. Älylusikka-tuotekonseptilla voi mitata aineen lämpötilaa ja painoa. Muovisessa varressa on sensorit ja integroitu näyttö. Laite toimii valokennon tuottamalla sähkövirralla.

 

Väitös: Sähköjohtava polyaniliini soveltuu painetun elektroniikan valmistusmateriaaliksi

VTT:n erikoistutkija, fil. lis. Tapio Mäkelä on väitöstyössään kehittänyt menetelmiä, joilla sähköäjohtavia polymeerejä voidaan hyödyntää painetun elektroniikan valmistuksessa.

Väitöksen lähtökohtana oli kehittää massatuotantoon soveltuvia valmistusmenetelmiä sähköäjohtavalle polyaniliinille (PANI), jota voidaan käyttää painomusteen tavoin prosesseissa. Painopintoina hyödynnettiin muovia tai paperia. Mäkelä yhdisti nanorakenteiden valmistusmenetelmiä sekä perinteisiä graafisia painomenetelmiä ja onnistui näin luomaan painojälkeä, jossa viivojen leveydet voivat vaihdella nanometreistä aina senttimetreihin. Lisäksi väitöstyössä vertailtiin ja arvioitiin menetelmien hyödynnettävyyttä elektroniikan rullalta-rullalle-valmistuksessa.

PANI on Suomessa kehitetty sähköäjohtava muovimateriaali, jota Panipol Oy valmistaa yhteistyössä VTT:n kanssa. Se on edullinen ja huoneolosuhteissa stabiili johdepolymeerimateriaali. Johdepolymeerit ovat osittain liukoisia orgaanisiin liuottimiin tai veteen ja näin ollen niitä voidaan käsitellä painomusteen tavoin. Sähköä johtavan ominaisuutensa takia niitä voidaan hyödyntää esimerkiksi pakkausindikaattoreissa ja -sensoreissa sekä elektroniikan osakomponentteina.

Tapio Mäkelän väitös osoittaa, että polyaniliinia voidaan hyödyntää painettavan elektroniikan valmistuksessa sekä johdepolymeerien prosessoinnissa. Sovelluskohteita voivat olla edulliset massavalmistetut ja joustavat lopputuotteet, kuten näytöt, paristot ja aktiiviset eli funktionaaliset älypakkaukset.

”Tulevaisuudessa funktionaalisilla polymeereilla on painotekniikalla toteutettujen sähköisten rakenteiden ansiosta aivan uusia käyttökohteita. Rullalta-rullalle-painomenetelmät mahdollistavat materiaalien käytön paitsi yksinkertaisen elektroniikan massatuotannossa myös jokapäiväisissä kuluttajapakkauksissa ja aikakausilehdissä”, toteaa Mäkelä.

Lisätietoja:

VTT, erikoistutkija Tapio Mäkelä, puh. 020 722 6317

 

KUVA 1: VTT:n erikoistutkija Tapio Mäkelä yhdisti väitöstyössään nanorakenteiden valmistusmenetelmiä sekä perinteisiä graafisia painomenetelmiä ja onnistui näin luomaan painojälkeä, jossa viivojen leveydet voivat vaihdella nanometreistä aina senttimetreihin.

KUVA 2: Rullalta-rullalle-painomenetelmät mahdollistavat materiaalien käytön paitsi yksinkertaisen elektroniikan massatuotannossa myös jokapäiväisissä kuluttajapakkauksissa ja aikakausilehdissä.

 

Optoelektroniikan tutkimusryhmän LED-tutkimus hipoo huippua

TKK:n Mikro- ja nanotekniikan laitokseen kuuluvassa, Micronovassa sijaitsevassa optoelektroniikan tutkimusryhmässä on tällä hetkellä seitsemän tutkijaa. Optoelektroniikan ryhmää on vetänyt dosentti Markku Sopanen sen jälkeen kun professori Turkka Tuomi jäi eläkkeelle vuonna 2002. Markku Sopanen on ollut mukana entisen Optoelektroniikan laboratorion tutkimustyössä sen perustamisesta (vuonna 1990) lähtien.

Vasemmalta: Marco Mattila, Pekka Törmä, Markku Sopanen, Olli Svensk, Abuduwayiti Aierken, Sami Suihkonen ja Muhammad Ali. Kuvasta puuttuu Juha Riikonen

Optoelektroniikan tutkimusryhmän työstä opetuksella on merkittävä osuus. Markku Sopanen vetää yhtä Fysiikka I –kurssia ja vuosittain 350 TKK:n opiskelijaa saa fysiikan perustaidot hänen opastuksellaan. Suurin muutos fysiikan kurssien sisällöissä tapahtui 2000-luvun alkupuolella, jolloin kasvatustieteilijät yhdessä TKK:n opetushenkilökunnan kanssa pyrkivät lisäämään tekniikan opintojen kiinnostavuutta.

- Tämän kehitystyön tuloksena otettiin käyttöön mm. laskuharjoitukset, jossa opiskelijat ratkovat tehtäviä assistenttien avustuksella harjoitusten aikana. Opiskelijat selvästi hyötyvät tästä tavasta ainakin siinä suhteessa, että tehtävien palautus ja osallistuminen kurssille on parantunut, kertoo Markku Sopanen

Ryhmä opettaa myös optoelektroniikan pääainekursseja sekä kotimaisille että kansainvälisen Mikro- ja nanotekniikan maisteriohjelman opiskelijoille.

Tutkimuksen painopiste GaN-LEDien kehittämisessä

Optoelektroniikan ryhmässä on tutkittu ja valmistettu optoelektroniikan komponenteissa tarvittavia, ns. yhdistepuolijohderakenteita yli 20 vuoden ajan. GaN-teknologiaan perustuvien kiekkojen valmistus safiirille hallitaan ryhmässä hyvin. Nyt keskitytään komponenttikehitykseen ja siihen miten valo saadaan kiekolta laadukkaasti ja yhdensuuntaisesti ulos.

- Ennen Shuji Nakamuran keksintöä galliumnitridin käyttöä LEDeissä ja lasereissa ei pidetty mahdollisena. Tämän jälkeen GaN-tutkimukseen on panostettu paljon, ja myös rahoitusta tämän alueen tutkimiseen on löytynyt. Tälläisten painopistealueiden syntyminen on hyvin tavallinen kehityskulku tutkimusrahoituksen suuntautumisessa, toteaa Markku Sopanen.

Optoelektroniikan ryhmä on myös hakenut kansainvälistä osaamista LED-tutkimuksen kehittämiseen. Esimerkkinä tästä on Mikael Mulot’n parin vuoden työskentely ryhmässä. Hän toi hyvää osaamista kuivaetsauksen eksperttinä komponenttiprosessointiin.

Viimeisten viiden vuoden aikana Optoelektroniikan ryhmä on tiiviissä yhteistyössä OptoGaN Oy:n kanssa kehittänyt innovatiivisia menetelmiä GaN-pohjaisten LEDien ja laserien kirkkauden lisäämiseksi.

- Ryhmämme valmistamat siniset LEDit ovatkin laadullisesti vertailukelpoisia teollisesti tuotettujen LEDien kanssa, kertoo Markku Sopanen tyytyväisenä. - Suuntaamme tutkimustamme myös valkoisen valon tuottamiseen sekä ultravioletti-LEDeihin, jatkaa Sopanen.
Tutkimusryhmän käyttämiin valmistuslaitteistoihin kuuluvat mm. Suomen ainoat MOVPE-laitteistot (metalorganic vapor phase epitaxy). Näkyvää valoa lähettävien (sinisten, vihreiden ja valkoisten) LEDien tuotanto aloitetaan valmistamalla GaN-pohjaisia kerroksia safiirikiekkojen päälle atomikerroksen tarkkuudella käyttäen MOVPE-menetelmää. Mikroskooppisella tasolla kerroksissa on kuitenkin suuri määrä kidevirheitä, jotka heikentävät LEDien kirkkautta. Tutkimusryhmä on onnistunut kehittämään menetelmiä näiden virheiden määrän vähentämiseksi.

HVPE-hanke tuottaa uuden reaktorin kiekkojen valmistukseen

Toisena tärkeänä tutkimusalueena on HVPE-menetelmä (hydride vapor phase epitaxy), jonka jatkokehittämiseksi optoelektroniikan ryhmä aloitti vuoden 2007 alussa kahden yrityspartnerin kanssa kolmivuotisen tutkimushankkeen, jossa on tarkoitus kehittää paksujen galliumnitridikiekkojen valmistukseen soveltuva reaktori. Näiden alustakiekkojen avulla pystytään valmistamaan entistä kirkkaampia LEDejä, ja siten hanke voi esim. edesauttaa LED-valojen yleistymistä. Samoin pystytään valmistamaan entistä tehokkaampia lasereita ja transistoreita.

”Kidevirheiden määrän vähentäminen uuden laitteen avulla sekä tuotantokustannusten alentaminen ovat päätavoitteemme hankkeessa. Tavoittena on siis lisätä LEDien energiatehokkuutta ja laskea niiden hintaa. Muutaman vuoden sisällä on nähtävissä, että LEDien hyötysuhteet ovat selvästi loisteputkia paremmat”, kertoo Markku Sopanen.

Hankkeessa kehitetään yhteistyössä Beneq Oy:n ja OptoGaN Oy:n kanssa uusi reaktori, jolla pystytään valmistamaan paksuudeltaan 300-500 mikrometrin kiekkoja.  Tällaisten kiekkojen markkinat ovat huomattavat, koska galliumnitridikomponenttien valmistuksessa käytetään vuosittain 8 miljoonaa alustakiekkoa vuodessa ja ala on nopeassa kasvussa.

Ryhmässä tehdään myös kvanttipistetutkimusta yhden tutkijan voimin. Kvanttipisteet ovat nanokokoisia palleromaisia puolijohderakenteita. Ne voivat olla myös pienen rakennepoikkeaman synnyttämiä energiakuoppia, jotka vangitsevat puolijohteessa kulkevan elektronin. Sopivissa oloissa kvanttipiste lähettää valoa, jolloin niitä voidaan hyödyntää LEDien ja lasereiden valmistuksessa.

”Tulevaisuuden haasteena on myös elektroniikan ja optoelektroniikan yhteensovittaminen. Esimerkiksi puolijohdelaserien ja LEDien integrointi mikropiireihin nopeuttaisi tiedonsiirtoa merkittävästi”, arvioi Markku Sopanen tulevaa.

 

Yhteystiedot:

Dosentti Markku Sopanen
MNT-laitos, Optoelektroniikan ryhmä, Micronova
Puh: (09) 451 3124
markku.sopanen@tkk.fi

 

Tulevia tapahtumia Micronovassa

Millennium Prize Laureates 2008 visit Micronova on June 10, 2008

Professors David Payne and Emmanuel Desurvire and Dr. Randy Giles at Micronova on June 10, 2008

	14.00-14.10	Welcome to Micronova Director Veli-Matti Airaksinen, TKK Micronova
	14.10-14.30	Photonics research at Micronova Professor Seppo Honkanen, Department of Micro and Nanosciences, TKK

Invention and development of erbium-doped fibre amplifier and latest advances in the field of optical communications systems

	14.30-14.50	Professor David Payne, Director, Optoelectronics Research Centre, University of Southampton
	14.50-15.10	Professor Emmanuel Desurvire, Director, Thales Research & Technology, Physics Research Group
	15.10-15.30	Dr. Randy Giles, Director of Advanced Photonics Research at Bell Laboratories in New Jersey
	15.30-16.00	Laboratory visits

 

Conference on Micro- and Nanocryogenics on August 3 - 5, 2008 in Micronova

Conference on Micro- and Nanocryogenics is a satellite of the 25th International Conference on Low Temperature Physics (LT25). It will take place August 3 - 5, 2008, preceding LT25. It is organized by Low Temperature Laboratory of Helsinki University of Technology.

The aim of the conference is to bring together scientists working in
fields related to thermal phenomena in small systems. The topics of the conference include thermal effects and thermodynamics in micro- and nanostructures, electronic refrigeration and thermometry, ultrasensitive detection of radiation, and nanoelectromechanical systems.

http://ltl.tkk.fi/PICO/conference.html

Kierrä kampusta -tapahtuma 11.10.2008

TKK 100 vuotta –juhlavuoteen liittyvä Kierrä kampusta –tapahtuma järjestetään lauantaina 11.10.2008 – Micronovassa on tuolloin avoimet ovet. Ohjelmasta tarkempaa tietoa kesälomien jälkeen.