Tuomas Poikelan väitöstutkimuksessaan kehittämät piirit pystyvät siirtämään säteilyhiukkasten aika-, paikka- ja varaustiedon mahdollisimman lyhyellä viiveellä ja energiatehokkaasti.
Hän kehitti niin kutsuttujen hybridipikseli-ilmaisimien sisäistä tiedonsiirtoa. Näissä säteilyä mittaavissa ilmaisimissa on kaksi elektronista piiriä.
Sensoripiiri havaitsee läpikulkevan säteilyhiukkasen luoden signaalin, ja lukupiiri muuttaa signaalin digitaaliseksi ja lähettää tiedon ilmaisimen käyttäjälle.
Poikela suunnitteli digitaaliset piirirakenteet, jotka pyrkivät poimimaan lukupiiriltä vain mittaustietoa sisältävät pikselit. Tämä vähentää siirrettävän tiedon määrää.
Lisäksi hän onnistui optimoimaan piirirakenteiden tilankäyttöä niin, että rakenteet mahtuvat 55 mikrometrin pikseliin.
– Aikaisemmissa piiriratkaisuissa luetaan usein myös pikselit, jotka eivät sisällä tietoa hiukkasista, mikä lisää siirrettävän tiedon määrää turhaan. Suunnittelemissani elektronisissa piireissä on onnistuttu parantamaan tiedon tarkkuutta, kasvattamaan mittausnopeutta sekä pienentämään pikselikokoa, Poikela kertoo väitöstiedotteessaan.
Poikela teki väitöskirjansa CERNissä osana Medipix3-yhteistyötä, joka tutkii muun muassa pikseli-ilmaisimien käyttöä lääketieteessä. Tutkimuksessa Poikela oli kehittämässä Timepix3-lukupiiriä, joka sisältää 65 000 pikseliä, ja pystyy mittaamaan hiukkasen aika-, paikka- ja varaustietoja samanaikaisesti.
Poikelan suunnittelemien tehokkaiden piirirakenteiden avulla pystytään kehittämään pieniä mutta tarkkoja säteilyilmaisimia.
– Piiriä voitaisiin käyttää esimerkiksi avaruudessa henkilökohtaisena säteilyilmaisimena eli dosimetrinä. Maan ulkopuolinen säteilykenttä sisältää lukuisia hiukkasia eri energiatasoilla, ja näiden hiukkasten tunnistaminen on oleellista avaruusdosimetriassa, Poikela sanoo.
Toisena sovelluksena hän mainitsee esimerkiksi suojakypärään asennettavan säteilykameran, jota voitaisiin käyttää säteilyvalvotuilla alueilla liikuttaessa tai huoltotöitä tehdessä.
– Koska suunnittelemillani piirirakenteilla tietoa voidaan siirtää energiatehokkaasti, soveltuvat ne myös joihinkin akulla toimiviin laitteisiin. Tieto säteilystä saadaan ulos piiriltä muutamassa sekunnin miljoonasosassa, ja näin ollen reaaliaikainen ympäristön tarkkailu on mahdollista, Poikela lisää.
Hän painotti tutkimuksessaan myös digitaalisen CMOS-piiriteknologian sekä modernien suunnittelutyökalujen käyttöä.
– Koska mikropiiriteknologiat kehittyvät jatkuvasti, on suunniteltujen piirirakenteiden siirrettävyys uusiin teknologioihin tärkeää. Suunnittelemani rakenteet on tehty laitteistokuvauskielellä, mikä mahdollistaa niiden käytön myös tulevissa CMOS-teknologioissa, Poikela kuvailee.
DI Tuomas Poikelan väitöskirja Readout architectures for hybrid pixel detector readout chips tarkastetaan maanantaina 15. kesäkuuta Turun yliopistossa.