PUOLIJOHDEBAROMETRI 1/2024 - Seuraavan sukupolven puolijohteet

Kuvalähde: MS Bing Image Creator

Kirjoittajat: Jari Laine, Satu Lipponen & Timo Seppälä

Maailmassa on yli miljoona tieteellistä kirjoitusta puolijohteista – Suomi sijalla 71 absoluuttisissa julkaisumäärissä

Puolijohdeteollisuus käynnistyi transistoreiden valmistuksella  1950-luvulla Yhdysvalloissa. Yksittäisten transistorien valmistuksesta ala on laajentunut hyvin monimutkaisiin mikropiireihin, joiden sovelluksia ovat mm. muistipiirit ja mikroprosessorit. Puolijohteet voidaan myös luokitella analogisiin, digitaalisiin tai niiden sekoitukseen (engl. mixed). Tässä kartoituksessa puhumme yleisesti puolijohteista.  

Kartoitimme puolijohteisiin liittyvän tieteellisen tutkimuksen nykytilaa Suomessa. Lähteenä tarkastelussamme oli Scopus, joka on erittäin kattava ja luotettava tieteellinen lyhennelmä- ja viittaustietokanta. Haimme tietokannasta hakusanalla puolijohde (engl. semiconductor)  kaikki aikavälillä 1964–2024 tieteellisissä foorumeissa julkaistut artikkelit (akateeminen artikkeli, konferenssipaperi, kirja, kirjan kappale, editoraali), joissa vähintään yksi kirjoittajista työskenteli/työskentelee suomalaisessa yliopistossa. Valittu aikaväli edustaa ajanjaksoa, jolloin Suomessa on ylipäätään on ollut akateemista, julkaistua puolijohdetutkimusta. Kaikkiaan artikkeleita, joissa hakusana mainittiin kirjoituksen nimessä, abstraktissa tai avainsanoissa, oli tietokannassa 1 011 080 kappaletta. 

Yhdysvallat, Kiina ja Japani vievät kolme ensimmäistä sijaa akateemisten kirjoitusten määrässä. Euroopan edelläkävijöitä ovat Saksa, Iso-Britannia ja Ranska, jotka löytyvät sijoilta 4, 6, ja 8. Suomi löytyy  julkaisumäärässä sijalta 71. 

Kuvio 1: Akateemisten julkaisujen määrä top 10 maata (Lähde: Scopus 19.1.2024; kirjoittajien laskelmat). 

Yli 55 % Suomen akateemisista kirjoituksista tulee kahdesta yliopistosta – Yliopistoyhteistyö painottuu Saksaan ja Yhdysvaltoihin

Aalto-yliopisto ja Tampereen yliopisto vievät kaksi ensimmäistä sijaa Suomen akateemisten kirjoitusten julkaisumäärissä. Kärkikaksikkoa seuraa tasaisena rintamana VTT, Oulun yliopisto ja Helsingin yliopisto. Yllättävintä tuloksissa lienee se, että ensimmäinen yritys Nokia löytyy vasta sijalta 28, 42 julkaisun voimin. Huomionarvoista on myös se, että suomalaiset yliopistot tekevät yhteistyötä lähinnä Saksan, Yhdysvaltojen ja Iso-Britannian yliopistojen kanssa. Seuraavina maina listalta löytyvät Kiina, Ruotsi, Italia, Ranska ja Japani. 

Kuvio 2: Kymmenen merkittävintä suomalaista tutkimusorganisaatiota, joissa tutkijat ovat julkaisseet puolijohteisiin liittyviä akateemisia julkaisuja. Huom! Yksi akateeminen julkaisu voi sisältää kirjoittajia useammasta suomalaisesta yliopistosta. (Lähde: Scopus 19.1.2024; kirjoittajien laskelmat)

Suomessa on ollut vuosina 1964 – 2024 lähes 200 akateemista puolijohdetutkijaa

Kymmenen tuotteliaimman tutkijan joukosta löytyy seitsemän Tampereen yliopistossa työskennellyttä/työskentelevää tutkijaa. Tampereen yliopisto vie myös kolmen kärjen lähes ylivoimaisesti. Suomessa työskentelevistä / työskennelleistä 160 tutkijaa on julkaissut yksin tai yhdessä muiden tutkijoiden kanssa vähintään 19 puolijohteisiin liittyvää akateemista artikkelia.

Kuvio 3: Puolijohteisiin liittyvien tieteellisten artikkeleiden ja niitä julkaisseiden tutkijoiden määrät vuosina 1964–2024 julkaistuissa artikkeleissa, joissa on kirjoittajana suomalaisen yliopiston tutkija. (Lähde: Scopus 19.1.2024; kirjoittajien laskelmat)

Mitä puolijohdeteknologioita suomalaiset ovat tutkineet?

Kolmen tutkituinta aihetta ovat puolijohdelaserit, Quantum well -tekniikka, joka liittyy myös listalla 7. ja 8. kuvattuihin avainsanoihin,  ja puolijohteiden nanokristallit. Seuraavat suosikit top 10-listalla ovat puolijohdekiteet, ohutkalvotekniikka, puolijohdemateriaalit ja fotoluminenssi.

Kuvio 4: Akateemisten kirjoitusten hakusanat (Lähde: Scopus 19.1.2024; kirjoittajien laskelmat)

Huomioita - miten tästä eteenpäin?

Erityisesti Yhdysvalloissa yliopistojen ja yritysten yhteistyö on viimeisten vuosien aikana merkittävästi lisääntynyt. Aineiston mukaan suomalaisten yliopistojen ja yritysten välinen tutkimusyhteistyö on lähes olematonta. Miten sitä voi lisätä? Ehkä muidenkin yritysten tulisi seurata japanilaisen Muratan esimerkkiä, joka juuri aloitti yhteistyön Aalto-yliopiston kanssa. 

Puolijohdetutkimusta  tulisi keskittää parhaan osaamisen hyödyntämisen, kansainvälisen houkuttelevuuden (pääoma, yritykset, tutkijat)  lisäämisen sekä merkittävien laite- ja tilainvestointien (pilot-linjat) hyödynnettävyyden takia.  Uskomme, että isommilla tutkimus- ja osaamisyksiköillä on helpompi houkutella kansainvälisiä investointeja ja yhteistyöprojekteja Suomeen.  Muussa tapauksessa on riski, että investoinnit puolijohdeteknologioihin ja -tuotantoon tehdään muualle Eurooppaan, kuten esimerkiksi viimeaikaiset  Intelin ja  Nokian päätökset osoittavat.

Mitä seuraavaksi?

Ylätason analyysin jatkoksi pitää tehdä lisää tutkimusta suomalaisesta puolijohdeosaamisesta ja sen arvoketjuista “mikrotasolla”.  Tämä muodostuu katsauksesta puolijohteiden globaaliin patentointiin ja sen jatkoksi sopii suomalaisen puolijohdeteollisuuden yritystason analyysi, mukaan lukien tuotteiden jatkosovellukset sekä näiden synergiat keskenään. 

Seuraava puolijohdebarometri 2/2024 ilmestyy 4.3.2024. Siinä perataan tarkemmin Suomen yliopistojen puolijohdeosaamista yliopisto kerrallaan ja vastataan kysymykseen “Mikä on ja mistä löytyy Suomen puolijohdeteknogianiche?”

Lisää puolijohteet aiheesta katso: 

Aalto-yliopisto (2024), Aalto-yliopisto käynnistänyt elämänlaajuiseen oppimiseen keskittyvän yritysyhteistyön Muratan kanssa (haettu 22.1.2024)

Holmström, Harald & Seppälä, Timo (2020)., “Supranationalism, Sino-American Technology Separation, and Semiconductors: First Observations”, ETLA Working Papers No 82.

Holmström Harald, Kenney Martin & Seppälä, Timo (2021)., Global Supply Chains, Value Added and Production Intensity: Case Semiconductors”, ETLA Report No. 113.