芬兰物理学家铎莫·颂多拉荣获千禧年科技奖

铎莫·颂多拉(Tuomo Suntola)发明的原子层沉积(Atomic Layer Deposition)技术可应用于从智能手机到太阳能电池板的各个领域。

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“获得千禧年科技奖,感觉棒极了。” 铎莫·颂多拉表示,“现在我们可以令人信服地宣传这种技术的价值了。这正是我们的初衷。”

颂多拉1943年生于坦佩雷(Tampere),2018年因在原子层沉积(简称ALD)技术方面所做的研究工作而荣获了这一两年颁发一次的奖项,奖金为一百万欧元。原子层沉积是一种用于以受控方式创建超薄层的纳米级技术。芬兰技术学院颁发千禧年科技奖,目的是表彰提高人们的生活质量并促进可持续发展的先驱性技术创新。

如同瑞士军刀的纳米技术

Kalevala Jewellery在许多银器上运用芬兰公司倍耐克(Beneq)开发的ALD工艺,为首饰涂上一层透明、防锈的保护涂层。图中的吊坠属于“女声”(Naisen ääni)系列。
照片提供:Kalevala Jewellery

“ALD好比纳米技术的瑞士军刀。”阿尔托大学副教授、ALD研究人员里卡·布汝宁(Riikka Puurunen)介绍说,“ALD已经被用于多种技术中,应用潜力巨大。”

生产厂商在光伏、LED灯和平板电致发光显示器的生产工艺中要用到ALD。ALD甚至可用于涂银首饰以防失去光泽。不过ALD最重要的角色之一还是在内存和逻辑芯片的制造中。

“ALD让摩尔定律成为可能,即集成电路芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番。”布汝宁解释道,“2007年是一个关键里程碑,那一年英特尔开始在他们的芯片中实现ALD的商业应用。”

一头雾水的CEO不是障碍

在发明者铎莫·颂多拉本人的帮助下制作的这个千禧年科技奖视频深入浅出地解释了ALD及其应用。视频制作:芬兰技术学院(Technology Academy Finland)

大学毕业后,颂多拉的第一份工作是研制一种需要薄膜的湿度传感器。他就是从这个项目开始思考制造超薄薄膜的其他方法的。当医疗器械公司Instrumentarium请他提出新产品创意时,他已经知道该提什么建议了。

“我提出了我的设想,管理层问了很多问题。”颂多拉说道,“CEO最后说:‘我还是没听懂,不过我们开始做吧。’”

颂多拉的设想就是制造多种材料的薄膜层,一次铺一个原子层,这样即便在复杂的三维造型中也能保证一致性。他在1974年为自己的ALD发明申请了专利。

“当时我们只有一个目标,那就是将ALD用于平板电致发光显示器。”颂多拉说,“但是,即使在早期阶段,我就已经开始思考这种技术在半导体中的应用潜力了。”

苏联也曾独立进行这项技术的基础研究,两位主要倡导者瓦伦丁·阿莱斯科夫斯基(Valentin B. Aleskovsky)和斯坦尼斯拉夫·科尔佐夫(Stanislav I. Koltsov)都已于本世纪初辞世了。

实现技术飞跃

英特尔公司员工Rebecca Nevin手握一块Stratix 10芯片,其中含有300亿个晶体管,可在一秒内处理相当于420张蓝光光盘容量的数据。2007年起英特尔开始在其芯片中实现ALD的商业应用。
照片提供:Tim Herman/Intel

应用这种技术的第一块显示屏被安装在赫尔辛基机场,显示抵港和离港的航班信息。商业化生产在八十年代中就开始了。随着技术的改进,其应用更加多元了。

“当我在芬兰国家能源公司Neste的子公司Microchemistry工作时,我们开始开发用于光伏器件和硅晶片的ALD。”颂多拉说。

一直到二十一世纪初,芯片制造商开始产生兴趣,这种技术才突然流行起来。现代的智能手机、笔记本电脑和PC功能强大,假如你觉得用起来得心应手的话,你应该感谢颂多拉的发明。

改变我们观察宇宙的方式

瑞士教育和研发机构HE-Arc使用Picosun ALD工艺和设备,将涂层涂覆在如图所示的钟表部件上。
照片提供:HE-Arc

今天,更多领域正在考虑ALD的应用,例如在医疗保健行业中,ALD可用于植入式医学设备的涂层或控制下的药物释放。

“让我倍感兴奋的设想之一是将ALD用于望远镜的镜片。”颂多拉说,“这种下一代望远镜将彻底改变我们观察宇宙的方式。”

颂多拉仍在担任Picosun的董事,这是一家专业研制ALD的芬兰公司。但现在他的大部分时间用在了研究“动态宇宙”的理论上。

“我想研究我们关于宇宙的基本理论。”他说,“我喜欢刨根问底。”

撰稿:David J. Cord,2018年5月

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