Högteknologi i Tammerfors: Galliumarsenid

av Christer Ekebom Forum 1986-12, sida 20-22, 28.08.1986

Taggar: Teman: forskning

fortsättnin som “smälter” behövs bl a för ortopediska ändamål, vid ansiktskirurgi och tandkirurgi — Törmälä nämner ”fyllnad” att användas efter tandutdragningar.

Han säger att boomen i medicinsk hightech bara har börjat, och att kirurgiska slitoch-släng-produkter som minskar behovet av operationer är en växande marknad: även om produkterna i sig är dyrare än de konventionella ”verktygen”, blir totalkostnaderna för individen och för samhället lägre, antalet vård/sjukdagar mindre — och likaså kvoten mänskligt lidande.

Resultat är ”reklanvY

Dessa insikter är Bioscience naturligtvis inte ensamt om. Redan på 60-talet utvecklade ett amerikanskt företag en av de polymerer Biofix-spikarna är gjorda av, men lyckades aldrig uppnå den rätta seghetsgraden som Bioscience enligt Törmälä nu är världsbäst på. Idag jobbar forskare i bl a USA, Japan och Frankrike på att få fram en motsvarande produkt, och kommer troligen att lyckas — förr eller senare. Redan nu finns tillämpningar av ”smältande” polymerer för att stöda och ersätta vävnader vid inremedicinska operationer.

För ambitiösa innovatörer erbjuder medicinen oändliga utmaningar.

— Det här är ett område där marknadsföringen inte i främsta rummet kan ske med den konventionella reklamens medel, säger Törmälä. — Det är produkternas kvalitet och de uppnådda resultaten som säljer produkten. Men naturligtvis behövs marknadskunnande och det rätta nätet kanaler. Det har Bioscience inte kapacitet för, och det är Instrumentarium som är den egentliga marknadsföraren av våra produkter. Och den internationella marknaden är tyngdpunktsområdet.

I utvecklingsskedet av den nya produkten fick teamet finansiellt stöd av bl a SITRA, Tekes (Teknologiska Utvecklingscentralen) och Industrialiseringsfonden, och har fått exportstöd av handels- och industriministeriet. Bolaget grundades i slutet av år 1984 av de tio närmast involverade I projektet, med ett aktiekapital om 250 000 mk. I år väntas omsättningen uppgå till ca 2 Mmk — ”på plussidan äntligen”, säger Törmälä.

På våren valdes Bioscience till årets Tuottava Yritys (”Produktiva Företag") av tidningen Kauppalehti, vilket gav en hel del publicitet i hemlandet.

Men det centrala momentet i marknadsföringen har kanske varit artiklar i den internationella medicinska pressen, plus de seminarier och demonstrationer som anordnats vid Rölö sjukhus för internationella experter.

— Det tar tid att lansera en medicinsk produkt och metod, säger professor Törmälä. — Läkarkåren klassas ofta som konservativ, men läkarna har all anledning att stätla sig skeptiskt till nyheter; människor är inte försökskaniner. — Ragnhild Artimo 2 [MORDEN BG/

Högteknologi i Tammerfors:

GALLIUMARSENID

Vid Tammerfors tekniska högskola forskar man idag bland annat kring tillverkningen av galliumarsenid. Galliumarseniden kommer uppenbart att få stor betydelse i framtiden då den optiska kommunikationen på allvar börjar breda ut sig. Högskolans forskning är strategiskt mycke betydelsefull.

IIt eftersom kretsarnas snabbhet öka / Å och arbetsfrekvenserna stiger, kommer kiselns brister i dagen. Det finns tillämpningar och kretsar där kiseln inte alls är användbar. Galliumarsenid är ett halvle darmaterial som på ett utmärkt sätt ka : komplettera kisel i olika elektroniska kret sar, men det är på det optiska området galliumarseniden kommer att få verkligt stor betydeise.

Det bör redan i detta skede påpekas att galliumarseniden inte allmänt taget kan ersätta kiseln. Galliumarseniden (kemisk beteckning: GaAs) kan inte på alla områden konkurrera med Kisel (Si). De båda materialen bör sålunda ses som varandras komplement.

Det är dessutom ännu rätt svårt att överblicka alla de möjligheter GaAs erbjuder, eftersom forskningen kring materialet egentligen bara har inletts, åtminstone i jämförelse med forskningen kring kisel. Vid Tammerfors tekniska högskola forskar man således

Funktionssättet hos ett supergitter. Kvantbrunnarna (x i figuren) fungerar som elektronfällor och förhindrar att elektroner utanför ljusöppningen rör sig vidare ge nom fler skikt. Gittrets egenskaper kan på detta sätt kontrolleras inom mycket vid gränser.

i materialets framställningsmetoder och styrningen av dess egenskaper. Detta är en form av grundforskning som syftar till att erhålla kunskaper om metoden att tillverka råmaterialet galliumarsenid för olika elektroniska och optiska komponenter. Härifrån är steget ännu rätt långt till framställningen av komponenter. GaAs ställer, jämfört med kisel, andra krav på framställningsmetoderna och även här behövs ännu intensiv forskning och produktutveckling.

Snabba kretsar

Den kanske mest kända egenskapen hos galliumarsenid är den större rörligheten för elektronerna. Detta gör att exempelvis transistorer tillverkade av GaAs blir mycket snabbare än motsvarande komponenter i kisel. Man bör dock hålla I minnet att den upp till fem eller sex gånger större rörligheten för elektronerna i GaAs jämfört med kisel, uppnås vid mycket låga temperature — Det är viktigt att Finland håller sig framme I högteknologiska sammanhang, säger biträdande professor Markus Pessa vid Tammerfors tekniska högskola, där galliumarsenid är föremål för avancerad forskning 12/1986 FORUN,

Hur går det med konkurrenskraften om det blir en lucka i ditt företags försäkrings täcker så gott som alla oförutsedda skaderisker.

Du kan också bland olika alternativ välja den självrisk som är fördelaktigast för just ditt företag.

Konkurrenskraften är ett livsvillko för företaget.

Företagets framgång beror på den individuella konkurrenskraften. Därför är det av allra största vikt att identifiera och behärska alla de risker som kan skada den.

Konkurrenskraften tryggas med en på en Hos Sampo får du en individuell kartläggning av riskerna baserad försäkrings- företagsservice. lösning som täcker egendoms-, verksamhetsoch personriskerna.

Till den service Sampo ger företagen hör förutom försäkringstjänster också expert- och finansieringsservice.

Du får en egen kontaktperson och en namngiven expertgrupp som sköter servicen till ditt företag.

Då du vill trygga ditt företags konkurrenskraft, tag då kontakt med närmaste Sampokontor.

Sampos Kombinerade försäkring ger egendomen ett försäkringsskydd Som är utan luckor.

Den ger Dig möjlighet att själv välja ditt försäkringsskydds omfattning: från att täcka enskilda skaderisker till ett totalskydd som

SAMPO-BOLAGE -lika nära som närmaste telefo (77 grader K). Men till och med i rumstemperatur är elektronernas rörlighet i GaAs ungefär dubbelt så stor som i kisel.

Den större snabbheten i kretsarna är användbar speciellt i snabba datorer, sk superdatorer, och i vissa kommunikationsoch rymdtekniska sammanhang.

Nackdelen med en GaAs-krets är än så länge dess lägre packningstäthet. Då en kiselchip kan innefatta upp till 100 000 transistorer, kan en motsvarande chip i GaAs inte innefatta mer än cirka 5 000. Men utvecklingen går framåt. Packningsproblemet är delvis ett litografiskt problem och sådana problem är inte oöverstigliga. Det andra problemet är värmetekniskt. GaAs leder inte värme lika bra som kisel, vilket gör att man kan få problem med värmeevakueringen från en krets om den är för tätt packad. GaÅs är dessutom inte lika värmetåligt som kisel, vilket ytterligare accentuerar problemet. Men å andra sidan kan man konstruera effektsnålare kretsar I GaAs.

Intressanta optiska egenskaper

Biträdande professor Markus Pessa vid institutionen för fysik vid Tammerfors tekniska högskola konstaterar att galliumarsenidens stora användningsområde är optiska kretsar. Galliumarseniden har vissa mycket användbara egenskaper som gör materialet helt överlägset inom det optiska frekvensområdet.

Galliumarsenid kan emittera ljus och är därför användbart bland annat inom lasertekniken. Det är också möjligt att tillverka ljusemitterande dioder (LED) av GaAs. GaAs kan inte bara emittera ljus utan också detektera det. Det är således möjligt att konstruera en mottagarkomponent i GaAs för det ljus som utsänds av en GaAslaserdiod. Materialet har ytterligare en trevlig egenskap i sammanhanget: den sk optiska öppningen kan avstämmas, ändras, efter behov.

Den optiska öppningen Den optiska öppningen kan anses vara en motsvarighet till det frekvensområde en radiomottagare kan ta emot. En radiomottagare liksom en radiosändare kan avstämmas till önskad mottagnings- eller sändningsfrekvens inom det område som radicsändningar kan förekomma. Liksom normala radiovågor kan förekomma på en mängd olika frekvenser inom en viss sektor i det elektromagnetiska spektret, kan också ljuset förekomma på olika frekvens. I det fallet talar man emellertid oftare om våglängder. I ljusspektret förekommer det synliga ljuset inom ett visst område. Ovanför och under detta område finner vi ultraviolett ljus och infrarött ljus bland annat. GaAs kan förmås att emittera eller detektera ljus med olika våglängd och detta är en egenskap som är mycket användbar då optiska sändare och mottagare därmed kan avstäm 2 mas till den våglängd som optimalt utnyttjar exempelvis en optisk kabels förmåga att ”transportera” ljus. En GaAs-laserdiod är dessutom till sin funktion mycket enkel. Det ljusemitterande skiktet placeras mellan två elektriskt ledande poler och utsätts via dem för elektriska pulser, som det ljusemitterande skiktet omedelbart omvandlar till motsvarande ljuspulser. Det motsatta sker sedan i detektorn på mottagarsidan. Optiska komponenter i GaAs blir dessutom mycket effektiva.

Den optimala våglängden för ljus som ska sändas per optisk kabel är 1,55 mikroner. Idag arbetar man på våglängden 1,3 mikroner, men galliumarseniden kan öppna vägen till det rätta området. Kombinationen gallliumarsenid och indiumfosfid ger nämligen exakt det efterlängtade ljuset. Så nu gäller det att lära sig framställa detta material så att det blir användbart för ändamålet.

Superhalvledare

Professor Pessa berättar också att man vid högskolan försöker framställa sk supergitter av GaAs. Ett gitter är egentligen en skiva bestående av flera på varandra lagda skikt av olika beskaffenhet. Man kan till exempel kombinera GaAs med bland annat Aluminiumarsenid. Tjockleken hos de båda skikten kan varieras efter behov och sedan låter man dem återkomma turvis ett önskat antal gånger. Idén med detta är att åstadkomma kvantbrunnar. Dessa kvantbrunnar fungera som elektronfällor och de gör dels ljusöpp- ningens kanter skarpa och dels minskar de rörelsemotståndet för elektronerna inne i den korridor som är fri. Härvid kan man uppnå alldeles otroliga rörligheter hos elektronerna. Som jämförelse kan nämnas att rörligheten i kisel normalt är 1500 cm/Vs medan galliumarseniden normalt ger en rörlighet på 8 500 cm?/Vs (vid temperaturen 77 grader Kelvin). I de ovan nämnda supergittren kan rörligheter på upp till 2 000 000 cm?/Vs uppnås!

Genom att variera “djupet” i kvantbrunnarna kan man också avstämma den optiska öppningen (korridoren) så att man får fram det önskade ljuset. En kvantbrunn är en kvantmekanisk företeelse som uppstår då material med olika elektriska ledningsegenskaper kombineras i ett gitter. Om man ritar upp en schematisk bild av vad som händer vid avstämningen i ett supergitter, kommer variationerna i ljusöppningens bredd i de olika skikten att se ut som gropar — brunnar — eller platåer.

Observera att ljusöppningen ingalunda är ett fysiskt hål rakt igenom gittret, utan ett frekvensområde (våglängdsområde) inom vilket det i fråga varande materialet släpper fram elektromagnetisk strålning. I det här fallet är strålningen optisk, dvs ljus.

Dessa supergitter är egentligen konstgjorda halvledarmaterial vilkas egenskaper, jämfört med de ingående enskilda materialen är mångdubblade.

Tillverkningen av galliumarsenidfilmern sker genom förångning och enligt en metod som går under beteckningen MBE (Molecular-beam epitaxy). Framställningsmetoden har utvecklats i USA. Med denna metod kan man framställa tunnfilm vars tjocklek kan varieras med ett motekyllagers noggrannhet. Vid tekniska högskolan i Tammerföors har man således inte uppfunnit själva metoden. Däremot har man kommit långt då det gäller utforskningen av de praktiska framställningsproblemen. I själva verket så långt att resultaten väckt internationellt intresse. Den japanska elektronikjätten Nippon Electric Company, NEC, har knutit ett samarbetsavtal med högskolan och utbyte av forskningsrön.

Från teori till praktik

Professor Markus Pessa berättar att man vid högskolan nu försöker lära sig framställningen av de ovan nämnda supergittren och därefter kan det bli aktuellt med ”praktiska tillämpningar” dvs komponenter. Närmast blir det då frågan om en DFB-laser (distributed feedback laser), en injektionslaser, vilket innebär att pulserna inte pumpas in i lasern utan injiceras som elpulser i en konstruktion som mycket påminner om en kondensator. Jämsides med denna komponent faller det sig naturligt att utveckla en motsvarande detektor.

Dessutom forskar man kring ämnet infraröd-detektorer. I dessa detektorer strävar man till att använda ett material som består av kadmium, kviksilver och tellur (CdHgle), ett material som har motsvarande ledaregenskaper på IR-området som kombinationen galliumarsenid indiumfosfid har högre upp i ljusspektret. Längst borta i programmet hägrar ännu en enkel optoelektronisk integrerad krets där laserdioder och fälteffekttransistorer (FET) skulle integreras.

Det ovan beskrivna utvecklingsprogrammet är tänkt att genomföras fram till år 1991.

Internationellt sett handlar det om små summor, några tiotal miljoner mark. Men resultaten är trots det synnerligen betydelsefulla och av stor strategisk betydelse för vårt lands elektronikindustri. Kunskaper som finns inom det egna landets gränser är alltid värdefulla och ger oss ökad självständighet och bättre förhandlingspositioner. För idag är spelets regler sådana att den som inget har att ge kan inte heller få någonting.

Utvecklingsprogrammet finansieras till 15 procent av industrin och ungefär lika stor andel offentliga medel. Cirka 70 procent beräknas komma via TEKES, Teknologiska utvecklingscentralen. | projektet är sammanlagt ungefär 30 personer engagerade under ledning av Markus Pessa. De internationella kontakterna är betydande, I Finland är projektet unikt, men i Sverige forskas i samma företeelser vid tre universitet, i Göteborg, Lund och Linköping.

Christer Ekebom 12/1986 FORUN