Aiheesta
Otaniemessä jo vuonna 1958, ja puolessa vuosisadassa on otettu jättiharppaus eteenpäin. ”Olemme maailman ykkösiä menetelmän kehittämisessä sekä käytössä ja tehneet sen kanssa yhteistyötä muun muassa tuoreiden nobelistien kanssa”, Tuomisto hymyilee. Materiaalitutkimuksen lisäksi Aalto-yliopisto panostaa myös ledien valmistusmenetelmien ja rakenteiden tutkimiseen. Ensimmäiset reaktorit hankittiin 1990-luvulla, ja infrastruktuuria on parannettu sen jälkeen mittavilla laiteinvestoinneilla. Aalto onkin Suomessa ainoa paikka, jossa on mahdollista valmistaa led-komponentteihin tarvittavia puolijohdemateriaalikerroksia alusta loppuun asti. ”Kun aloitin väitöskirjan tekemisen vuonna 2004, meitä oli pari kaveria puuhailemassa sinisten ledien kanssa. Nyt meillä on Micronovassa koossa porukka, joka pystyy kontrolloimaan koko ketjun kaasupullosta aina valmiiseen lediin asti ja tekemään töitä maailman huippujen kanssa”, Amanon ja Nakamuran tutkimusryhmissä työskennellyt tutkija Sami Suihkonen kertoo.
Iso riski, iso mahdollisuus
Sekä Tuomisto että Suihkonen painottavat, miten tärkeää on, että ledien kehittämiseen tarvittava monipuolinen osaaminen ja tekniikka löytyvät saman katon alta. ”Monet kokeet jäisivät tekemättä ilman tiivistä yhteistyötä”, Sami Suihkonen kiteyttää. ”Meidän ei tarvitse tyytyä tutkimaan valmistajien ledejä, vaan voimme tehdä niitä itse ja siksi kokeilla myös eksoottisempia rakenteita”, Tuomisto lisää. Viime vuosina Aallon tutkijat ovat selvittäneet muun muassa, mistä käytön aikainen komponenttien heikkeneminen johtuu. Heikkeneminen on merkittävä ongelma paitsi ledeissä myös laserdiodeissa, joita käytetään esimerkiksi blu-ray-levyissä. ”Nitridimateriaaleille tekemämme kokeet osoittavat, että syy löytyy vakanssivirheisiin varastoituneesta ylimääräisestä vedystä. Kun laserdiodiin johdetaan riittävän paljon virtaa, vety lähtee 28 / AALTO UNIVERSITY MAGAZINE 12
liikkeelle ja aikaisemmin harmittomat vakanssivirheet alkavatkin heikentää materiaalin ominaisuuksia. Tutkimustulos on niin merkittävä, että se uutisoitiin myös alan kansainvälisissä ammattilehdissä”, Filip Tuomisto kertoo. Voisiko tehokas vihreä ledikin syntyä juuri Aallossa? ”Tietenkin voi, mutta ei se hirveän todennäköistä ole”, Tuomisto ja Suihkonen nauravat. ”Toisin kuin yritysmaailmassa, meillä on mahdollisuus kokeilla monimutkaisia juttuja ja korkean riskin ideoita. Onnistumisen todennäköisyys on pieni, mutta jos kaikki menee nappiin, voimme saavuttaa todella suuria asioita.”
tamiseen tarvitaan vähemmän sähköä, jolloin kuumeneminen vähenee ja myös alumiinia tarvitaan vähemmän”, Sami Suihkonen selittää. Kodeissa ledit ovat jo yleisiä, mutta toimistoissa, kaupoissa ja kaduilla hohtavat vielä loistelamput ja halogeenit. Syy tähän on raha. Kun hankinnan ja käytön kulut lasketaan yhteen, ledin ero esimerkiksi loisteputkeen on niin pieni, ettei vaihtaminen ole taloudellisesti kannattavaa. Siksi myös edullisempien valmistusmenetelmien kehittäminen ledeille on tärkeää. ”Jos ledien hinta saadaan vähänkin alaspäin, tilausmäärät kasvavat, jolloin valmistuksesta tulee tehokkaampaa ja hinnat laskevat entisestään. Syntyy positiivinen kierre, jonka ansiosta Positiivinen kierre valaistuksen sähkönkulutus pienenee”, Led on hehkulamppua ja loisteputkea energiatehokkaampi ja kestävämpi vaih- Suihkonen maalailee. Kyse on globaalistikin isosta asiasta: toehto, mutta siihenkin liittyy ympäristöhaasteita. Yksi niistä on ylikuumene- valaistus nielee arviolta viidenneksen misen estävä jäähdytyselementti, jonka maailmassa tuotetusta sähköstä. Ledien avulla kulutus on mahdollista nipistää materiaalina käytetään yleensä alumiimurto-osaan nykyisestä. nia. Sen valmistaminen ja prosessointi ”Energiankulutusta pitää vähentää kuluttaa luonnonvaroja ja vie runsaasti kaikilla sektoreilla, jotta pystymme energiaa. jatkossakin elämään tällä planeetalla”, ”Jos pystymme valmistamaan tehokkaampia ledejä, saman valomäärän tuot- Filip Tuomisto muistuttaa.
LED PERUSTUU PUOLIJOHDETEKNIIKKAAN
LINSSI
HEIJASTIN
LED-SIRU JA FOSFORI PIDIKE METALLIKONTAKTIT
FOSFORI
AKTIIVINEN ALUE ALUSTAKIDE