GaAs(N)Bi-yhdisteitä voidaan teoriassa hyödyntää valoa emittoivissa ja absorboivissa laitteissa, kuten telekommunikaatiolasereissa ja aurinkokennoissa. Niiden ominaisuudet voisivat alentaa valmistuskustannuksia ja tehostaa toimintaa. Yksi merkittävä sovellus ovat moniliitosaurinkokennot, joissa jokainen alaliitos absorboi oman osansa auringonvalon spektristä. Vaikka moniliitoskennojen hyötysuhde on korkein eri kennoteknologioiden joukossa, se on silti kaukana teoreettisesta maksimista. Hyötysuhteen nostaminen yli 50 prosentin nojautuu uusien rakenteellisesti yhteensopivien, korkealaatuisten sekä sopivalla aallonpituusalueella absorboivien materiaalien kehitykseen.
Vaikka GaAs(N)Bi-yhdisteillä voidaan teoriassa auttaa saavuttamaan nämä tavoitteet, niiden tehokkuutta rajoittavat tällä hetkellä materiaalin valmistukseen ja laadun optimointiin liittyvät haasteet. Nämä yhdisteet ovat erityisen herkkiä molekyylisuihkuepitaksiaalisen (MBE) teknologian valmistusparametreille.
– MBE-valmistusprosessin optimointi on keskeistä monien optoelektroniikan materiaalien tutkimuksessa. Tällä on erityisen suuri merkitys monimutkaisten, useista alkuaineista koostuvien yhdisteiden tapauksessa. On hyvin tärkeää tutkia uusia keinoja parantaa valmistus- ja karakterisointimenetelmiä, samalla huomioiden tutkittavan materiaalin tuomat erityishaasteet, sanoo Puustinen.
Työssään hän tutki erityisen MBE-valmistusprosessin käyttöä tarkoituksena vastata näihin haasteisiin. Tämän menetelmän avulla onnistuttiin merkittävästi kasvattamaan yhdestä näytteestä saatavan tutkimusdatan määrää ja poistamaan valmistusolosuhteiden luonnollisesta vaihtelusta johtuvat variaatiot. Hän kehitti työssään myös Python-pohjaisia laskennallisia työkaluja suurten tutkimusdatamäärien käsittelyyn.
Tutkimuksessaan Puustinen havaitsi pienten muutosten valmistusparametreissa johtavan dramaattisiin vaihteluihin GaAs(N)Bi-yhdisteiden ominaisuuksissa. Yhteistyössä kansainvälisten tutkimusryhmien kanssa löydettiin monia uudentyyppisiä materiaaliominaisuuksia, tuoden uusia näkökulmia näiden ja vastaavien yhdisteiden muodostumiseen. Näitä ominaispiirteitä voidaan potentiaalisesti hyödyntää monissa eri sovelluksissa.
Tutkimustuloksia hyödynnettiin ja materiaalin käytännön soveltuvuutta testattiin kehittämällä aurinkokennoja, jotka toimivat aiempaa matalammalla 0.86 elektronivoltin alueella, mikä osoitti materiaalin soveltuvuuden moniliitosaurinkokennoihin.
Väitöstilaisuus perjantaina 24. syyskuuta
Diplomi-insinööri Janne Puustisen puolijohdeteknologian alaan kuuluva väitöskirja Epitaxy and Properties of GaAs(N)Bi Alloys tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 24.11.2023 kello 12 Hervannan kampuksella, Tietotalo-rakennuksen salissa TB109 (Korkeakoulunkatu 1, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Thomas Tiedje Victorian yliopistosta. Kustoksena toimii professori Mircea Guina Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.