Browsing by Title

Ohutkalvojen kuvioiminen on tärkeä osa mikroelektroniikan tuotantoa ja se on noussut keskeiseen osaan komponenttien, kuten transistorien, koon alati pienetessä. Polymeerejä on käytetty ohutkalvojen kuvioimisessa jo varhaisista vaiheista asti ja ne ovat teollisuuden mittakaavassa edelleen elintärkeitä käytetyimmissä kuviointimenetelmissä. Atomikerroskasvatuksen (ALD) yleistyttyä polymeerejä on voitu käyttää monipuolisemmin, mikä on näkynyt polymeerisubstraattien yleistymisenä ja ohutkalvojen alueselektiivisten kasvatusten lisääntymisenä. Polymeerit mahdollistavat selektiivisen ALD:n makroskooppisilla alueilla, mikä on tämän työn kokeellisen osuuden aiheena. Kirjallisuusosassa tutustutaan ALD:n perusteisiin niin perinteisemmillä Si-substraateilla kuin polymeerisubstraateilla ja verrataan miten ALD-kalvojen kasvu eroaa näillä pinnoilla toisistaan. Substraattien pintakemian erojen ymmärtäminen on keskeisessä osassa, kun suunnitellaan polymeereihin perustuvia alueselektiivisiä ALD-sovelluksia. Kirjallisuuskatsauksessa tarkastellaan myös ohutkalvojen kuvioimiseen käytettyjä menetelmiä. Näihin kuuluu litografisia menetelmiä, kuten ultravioletti- ja elektronisuihkulitografia, sekä ALD:n mahdollistamia alueselektiivisiä kasvatuksia, jotka perustuvatpinnan aktivointiin tai passivointiin. Näitä menetelmiä on myös yhdistelty ja näin onnistuttu kuvioimaan ohutkalvoja tarkalla resoluutiolla suurille alueille. Esimerkkejä näistä ovat esimerkiksi kaksoiskuviointi, lohkokopolymeerilitografia ja siihen läheisesti yhteenkuuluva resistin muokkaus. Kirjallisuusosass tehdään myös katsaus kuvioimisessa yleisimmin käytettyihin polymeereihin, mihin lukeutuvat polyvinyylipyrrolidoni (PVP), polymetyylimetakrylaatti (PMMA), polydimetyylisiloksaani (PDMS), polytetrafluoroeteeni (PTFE) ja Kapton™-polyimidi. Kokeellisessa osassa tutkittiin passivointimateriaaleja, mitkä mahdollisesti pystyisivät estämään Al2O3-kalvon (AlMe3 + H2O -prosessi) kasvun Si-substraatille 150 - 325 °C:n lämpötiloissa. Testatut passivointimateriaalit olivat PVP, PMMA, PDMS ja niiden PTFE-komposiitit, sekä kaupallisia tuotteita, kuten Kapton™-polyimiditeippi, Parafilm™-laboratoriotiivistekalvo ja huopakynä. Kaikki passivointimateriaalit pystyivät tarkasti suojaamaan peittämänsä alueen Al2O3-kalvon kasvulta vielä 200 °C:n kasvatuslämpötiloissa. Kaikista parhaimmat tulokset kasvatuslämpötilan suhteen saatiin PMMA:n PTFE-komposiitilla, mikä pystyi passivoimaan peittämänsä alueen 300 °C:n kasvatuslämpötilassa. Lämpötilan kohotessa liian korkeaksi passivointimateriaalille, huomattiin hajoamisesta johtuvan uloskaasuttamisen aiheuttavan epätasaisuuksia ympäröivän kalvon kasvuun. Kaikki passivointimateriaalit pystyttiin poistamaan substraatilta kasvatuksen jälkeen substraattia vahingoittamatta tai peruuttamattomasti likaamatta.

Tutkielmassa perehdytään vaativuusteorian näkökulmasta lukuteoreettiseen ongelmaan alkuluvun tunnistamisesta.Työn aiheena on alkulukutestauksen polynomiaikaisuus ja keskiössä on tämän osoittava matemaattinen tulos, ehdoton deterministinen polynomisessa ajassa toimiva alkulukutestausalgoritmi. Tutkielmassa käydään läpi kyseisen algoritmin oikean toiminnan ja aikavaativuuden todistukset. Alkulukutestauksessa pyritään selvittämään, onko annettu luku alkuluku. Vaativuusteoriassa tämä kysymys muotoillaan kielen PRIMES päätösongelmaksi. Päätösongelman ratkaisuun haetaan algoritmia, joka kertoo vastauksen kysymykseen, kuuluuko annettu syöte joukkoon vai ei. Algoritmin katsotaan olevan tehokas, jos se on vaativuusluokassa P. Vaativuusluokka P on determinististen polynomiaikaisten algoritmien luokka. Tutkielman ensimmäinen luku on johdanto aiheeseen. Toisessa luvussa käsitellään vaativuusteoriaa. Käydään läpi aikavaativuuden analysointia asymptoottisen analyysin keinoin ja tutustutaan Turingin koneisiin sekä niiden algoritmiyhteyteen. Lopuksi esitellään vaativuusluokat P, NP ja co-NP. Kolmas luku sisältää lukuteorian perusteita ja erityisesti alkulukuja koskevia tuloksia. Aluksi käsitellään jaollisuutta ja kongruenssia sekä binomikertoimia, minkä jälkeen keskitytään alkulukuihin. Perehdytään alkuluvun tunnistamiseen ja lopuksi tuodaan mukaan vaativuusteorian näkökulma alkuluvuntunnistamisongelman PRIMES esittelyn muodossa. Neljännessä luvussa käsitellään algebran sisältöjä. Keskeisinä aiheina ovat äärelliset kunnat ja syklotomiset polynomit. Tutkielman viidennessä luvussa käydään läpi todistus alkulukutestauksen polynomiaikaisuudelle. Käsitellään tarkoitukseen kehitetyn ehdottoman deterministisen algoritmin toiminta, sen todistus ja polynomiaikainen aikavaativuus.

Tässä työssä käsitellään polynomien laskutoimituksia. Polynomien laskutoimituksista käsitellään yhteen- ja vähennyslaskua, kertolaskua ja jakolaskua. Tässä työssä keskitytään enemmän polynomien jakolaskuun. Työssä käydään läpi polynomien jakaminen perinteisellä pitkällä jaolla ja lyhyemmällä jaolla, josta käytetään nimitystä synteettinen jako. Synteettinen jako tunnetaan myös nimellä ruffinin sääntö. Työssä käydään läpi perinteisen ja synteettisen jaon eroja. Synteettisessä jaossa käytetään polynomien termien kertoimia ja jakajana toimii mahdollinen polynomin nollakohta. Perinteisessä polynomien jakokulmajaossa käytetään myös polynomien termien muuttujaosaa, joten synteettinen jako on siten yksinkertaisempi ja myös lyhempi. Kuitenkin periaate on sama ja molemmilla menetelmillä päästään samaan lopputulokseen. Työssä käydään läpi synteettisen jaon menetelmän vaiheet ja tehdään erilaisia laskuesimerkkejä. Synteettinen jako tehdään jakokulmamuodostelmassa, johon laitetaan polynomien termien kertoimet. Polynomien synteettistä jakoa voidaan käyttää, kun jaetaan polynomi millä tahansa toisella polynomilla, jonka asteluku on pienempi tai yhtä suuri kuin jaettavan polynomin asteluku. Tässä työssä käsitellään polynomin jaollisuutta ja käytetään synteettistä jakoa, kun tarkastellaan polynomin tekijöihin jakoa ja nollakohtia.

Guarkumi on monikäyttöinen aine niin lääke- kuin ravintoaineteollisuudessa. Guarkumille tehtävät reaktiot lisäävät mahdollisesti sen monikäyttöisyyttä. Tässä työssä tarkoituksena oli pidentää guarkumialdehydin (galaktomannaanin galaktoosin C-6 aldehydin) hiiliketjua yhdellä hiilellä syanohydriinien avulla. Oksinitrilaasi on syanohydriinejä muodostava entsyymi, jota kasvit käyttävät syanogeneesissä. Orgaanisissa synteeseissä tätä entsyymien ominaisuutta käytetään päinvastaiseen tarkoitukseen eli syanohydriinien muodostamiseen. Reaktioita oksinitrilaasilla on suoritettu kirjallisuuden mukaan runsaasti, mutta lähtöaine on ollut orgaaniseen liuottimeen liukeneva, reaktioseoksena on käytetty orgaanista liuotinta, liuotinseosta tai entsyymi on ollut kiinnitettynä matriisiin. Tutkimuksen kohteena olivat polysakkaridialdehydien oksinitrilaasilla tehtävät entsymaattiset jatkoreaktiot. Työssä tutkittiin syanohydriinien entsymaattista syntetisointia vesipitoisissa puskuriliuoksissa. Kokeet tehtiin raffinoosilla ja guarkumilla, jotka oli hapetettu entsymaattisesti, selektiivisesti, galaktoosin C-6 asemasta aldehydiksi. Syanohydriinien muodostumista tutkittiin kolmella eri oksinitrilaasilla ja kahdella syanidia vapauttavalla yhdisteellä; natriumsyanidilla ja etyylisyanoformaatilla. Lisäksi tutkittiin erilaisten puskurien vaikutusta tulokseen. Näytteistä muodostettiin johdos metanolyysin ja silyloinnin avulla. Haihtuviksi tehdyt sakkaridit analysoitiin GC-MS:lla. Tulokset tarkistettiin lisäksi NMR- ja LC-MS/MS – tekniikoilla. Reaktioiden tuloksena oli α-hydroksiamidiksi hydrolysoitunut syanohydriini. Synteesin toimivuutta ja tuloksia olisi hyvä tutkia vielä alhaisessa lämpötilassa, sillä tähän tutkimukseen sisälletyt kokeet tehtiin huoneenlämpötilassa. Lisäksi parhaan tuloksen tuottanutta AtHNL -entsyymiä olisi hyvä kokeilla pH:ssa 3,3, jolloin kemiallinen reaktio olisi kokonaan suppressoitu.

In this master's thesis, polyzwitterionic copolymers were synthesized and analyzed with various methods. In the literature part, the theory behind the reactions and results is covered in order to explain the phenomena. In the literature part of the thesis, articles were used to describe the theory as extensively as possible. The theory elaborates on the most important topics considering the research part. The main topics are reversible addition-fragmentation polymerization (RAFT), polymerization-induced self-assembly (PISA), and polyzwitterions. In the reversible addition-fragmentation polymerization chapter the kinetics and possible monomers and RAFT agents are gone through also considering the pros and cons. Different disadvantages are dealt with as well when talking about RAFT polymerization. In the PISA chapter different possible morphologies and different types of PISA polymerizations are covered, concentrating still on RAFT polymerization. In this chapter also core blocks of PISA were discussed covering the core forming block used in the research, diacetone acrylamide. lastly, polyzwitterions were discussed explaining the theory, possible applications, polyelectrolyte complexes, and thermoresponsivity of polyzwitterions. Also, in this part polysulfobetaines were covered since it is the zwitterionic block in the copolymer synthesis. In the experimental part, PSBMA-PDAAM diblock copolymers were synthesized and studied with different methods. Different lengths of block copolymer were synthesized and they were studied with the most common characterization methods. Thermoresponsivity, morphology, and also the effect of the solids content of different block lengths were studied. Measurements turned out to be a success since many different morphologies were witnessed and the thermoresponsive behavior of this copolymer showed interesting results.

Topic: - This thesis addresses the problem of comparing payoffs from iterated games of varying lengths in a meaningful way. Shorter games can be played more often than longer games in same amount of time. Direct comparison of payoffs per game therefore leads to systematic error for the shorter games. On the other hand if it is difficult to find a playing partner, shorter games have extra disadvantage and per game payoff calculation is more accurate. This thesis calculates payoffs as time averages instead of per game averages taking into account rate of finding a new playing partner. - Games can be of different lengths because of random termination of the game or by a strategic choice of the player. Latter case is known as quitting strategy, which is given in the form of a quitting rule as a part of a players strategy, e.g. ""quit after two subsequent rounds with low payoff"". Quitting can prevent further losses in a single iterated game, but becomes more effective when a player can start a new game with another opponent after quitting in a game. Opponents are randomly chosen from a pool of potential players and after the termination of a game they are returned to the pool to be paired off randomly again. This is called ""pooling"". The strategies utilized by the players in the pool change over time as strategies with longer games become more rare in the pool. - Quitting traditionally has not been considered a strategic choice. Method: This thesis constructs a model for iterated games with quitting and pooling. Then it is explored further with an example of iterated Hawk-Dove-Bully-Retaliator (HDBR) game. Results: - Strategies that tend to lead to long games become less frequent in the pool than strategies with shorter games. - Greedy strategies, when pooled with quitting strategies, will eventually spend most of their time playing against each other or in the pool. This reduces their payoffs to the point that they are no longer competitive compared to more altruistic strategies. - High termination rate increases the relevance of the first few rounds. This causes more greedy strategies to benefit from high termination rate when more naive or altruistic strategies cannot play in beneficial games for long.

Tässä työssä tarkastellaan portfolion optimointia ja utiliteettiteorian perusteita äärellisulotteisessa todennäköisyysavaruudessa. Työssä on rajoituttu tarkastelemaan diskreettiaikaista markkinamallia, missä markkinan toimijan pitää osakkeita myydessään maksaa transaktiokuluja. Työn alussa esitetään tarvittavat määritelmät ja työkalut, jotta saadaan käytyä läpi tulokset liittyen rahoitusteoriaan ja utiliteettiteoriaan markkinoilla, jossa transaktioilla on kuluja. Nämä asiat liittyen konveksiin analyysiin, polyedrisiin joukkoihin ja todennäköisyysteorian perusteisiin on esitetty tiiviinä kokonaisuutena, sillä niiden tarkoitus on toimia taustamateriaalina ja tukena, kun tarkastellaan myöhempien lukujen asioita. Kolmannessa kappaleessa lähdetään tarkastelemaan äärellisessä filtroidussa todennäköi-syysavaruudessa markkinoita, jossa transaktioilla on kuluja. Määritellään osakkeenhinnoitteluprosessiin, toimijan portfolioon ja yleisemmin rahoitusteoriaan liittyen perusasiat ja ominaisuudet siten, että saadaan johdettua kitkallisen markkinan rahoitusteorian peruslause. Lisäksi rahoitusteorian peruslauseesta johdetaan korollaari yksiulotteinen superreplikointiteoreema, joka osoittautuu hyödylliseksi utiliteetin maksimointiongelman ratkaisussa. Neljännessä kappaleessa siirrytään tämän teoksen pääaiheen pariin, eli utiliteettiteoriaan ja toimijan portfolion optimointiin. Määritellään utiliteettiteorian perusasiat kitkallisella markkinalla ja määritellään utiliteetin maksimointiongelma, jossa markkinoiden toimija pyrkii maksimoimaan lopetusajanhetken utiliteettinsa. Tämä portfolion optimointiongelma voidaan uudelleenformalisoida yksiulotteisen superreplikointiteoreeman avulla konkaavina optimointiongelmana, jota rajoittaa lineaariset rajoitteet. Viimeisessä kappaleessa lähdetään tarkastelemaan portfolion konstruointia ja utiliteetin maksimointia käytännössä. Tehdään kaksi havainnollisuuden vuoksi yksinkertaista simulaatiota, missä tietystä näkökulmasta lähdetään rakentamaan osakkeen hinnoitteluprosessia ja mietitään miten toimijan utiliteetti saataisiin maksimoitua määritellyllä markkinalla. Nämä simulaatiot toteutetaan R-ohjelmointikielellä. Tarkoituksena on esittää pohdintaa siitä millaiset tekijät ja oletukset vaikuttavat toimijan optimaalisen salkun valintaan ja muodostumiseen. Optimaalisuutta tutkitaan muuttamalla alkuperäisiä oletuksia ja katsomalla miten oletusten muuttaminen vaikuttaa lopputulokseen. Toisessa simulaatiossa pyritään vertailemaan muutamia tyypillisimpiä sijoitusstrategioita toisiinsa.

Positron Annihilation Spectroscopy is a powerful tool for defect characterisation, especially vacancies. Various defect properties can be studied, including defect behaviour at low and high temperatures. Despite the technique having its roots in the mid-20th century, there is little research on fundamental positron behaviour at ultralow temperatures. In this thesis, Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy and Doppler Broadening Spectroscopy, two sub-methods of the spectroscopy technique, were used to measure positron trap-free Ge in the temperature range of 14 mK-300 K. Since a positron trap-free sample was used, the purpose was not to study defect processes. Instead, the aim of the thesis was to investigate whether any interesting positron processes could be seen at ultralow temperatures in the annihilation data. Previous research in Al has shown no change in either lifetime or Doppler broadening below 77 K. Measuring the positron lifetime in the sample located in a cryostat required designing a special detector setup, as the count rate was greatly reduced due to geometry. To tackle this, lifetime detectors consisting of BaF2 scintillators and quartz-windowed photomultiplier tubes were used. In addition, both analogue and digital signal processing techniques were tested for the lifetime setup, with the digital method proving to be preferable. Doppler Broadening was measured with a high-purity germanium detector connected to a digital gamma spectrometer. The results show a decrease in S-parameter and an increase in W-parameter with decresing temprature, with the rate of change being greatest at ultralow temperatures. This behaviour is concluded to be due to incomplete positron thermalization. The positron lifetime results are more difficult to interpret, as setup challenges resulted in results of questionable accuracy. Still, the trend suggests no change in lifetime over the whole temperature interval, which is in accordance with previous research.

The aim of this thesis was to present some non-antibody-based analytical techniques and methods for protein analysis and separation. The first part of the thesis focused on the possibilities of aptamers, chemically synthesized oligonucleotide affinity tools, in protein analysis. Aptamer-based affinity chromatography, affinity capillary electrophoresis, and biosensor applications in protein analysis published in the past ten years (2007−2017) were studied. Also, microfluidic applications are discussed shortly. The literature review revealed the outstanding prospects of aptamer-based techniques in clinical diagnostics and biomedical research. Especially aptamer-based biosensors are expected to become an important technique in diagnostics assays of disease-related biomarkers. The detection limits achieved with aptasensors were in the picomolar to attomolar range in most of the reviewed studies, thereby, being comparable (or even superior) to many of the detection limits achieved with traditional antibody-based methods. However, challenges, such as the special expertise needed when working with aptamers and the low availability of appropriate aptamers mean that a commercial breakthrough of these applications is still being waited to happen. The second, the experimental, part of the thesis studied the possibility to separate lipoproteins (HDL2, LDL, VLDL, and IDL) by capillary zone electrophoresis (CZE) and capillary gel electrophoresis (CGE) using UV-VIS detection. Different parameters, such as separation voltage, injection style, and capillary dimensions were investigated. The capillaries were coated with poly(N-methyl-2-vinylpyridinium iodide-block-ethylene oxide (P2QVP-b-PEO) in order to prevent the adsorption of lipoproteins onto the capillary wall. It was found that CZE under physiological conditions (phosphate buffer at pH 7.4) resulted in broad low-intensity lipoprotein peaks. Furthermore, a lipoprotein mixture of all three fractions (HDL2, LDL, and VLDL/IDL) migrated as two peaks. CGE with linear polyacrylamide, on the other hand, resulted in sharp high-intensity peaks for the lipoproteins. The separation of lipoprotein mixture, however, did not succeed. The gel used in CGE studies consisted of 4% m/v acrylamide and 0.1% sodium dodecyl sulfate in Tris-aspartic acid buffer at pH 8.0. For further studies, a more systematic research plan needs to be constructed.

Tuulihavaintojen edustavuus riippuu mittauspaikan ympäristöstä. Havainnot tulisi tehdä 10 metrin korkeudessa hyvin avoimella ja tasaisella mittauspaikalla, jonka rosoisuus vastaa ideaalisen nurmikentän rosoisuutta 0,03 metriä. Tällaiset referenssimittauspaikat ovat harvinaisia. Suomen sääasemilla ympäristö vaihtelee avoimesta merestä rosoiseen metsään ja mittauskorkeudet ulottuvat vajaasta 10 metristä yli 40 metriin. Näillä asemilla mitatut tuulet tulee muuntaa potentiaalituuliksi, jotta eri asemien tuulet olisivat keskenään vertailukelpoisia. Suomen sääasemilla mitataan nyt myös tuulen nopeuden ajallista vaihtelua tuulen nopeuden hajontasuureen avulla. Sen suuruus riippuu ympäröivän maaston rosoisuudesta ja esteistä. Tutkielmassa käytän uutta hajontasuuretta yhdessä tuulen 10 minuutin keskiarvojen kanssa ja lasken kunkin mittauspaikan keskimääräisen turbulenssin intensiteetin eli tuulen nopeuden hajonnan ja keskiarvon suhteen kullekin tuulen suunnalle. Tämän avulla määritän mittauspaikkojen ympäristön rosoisuuden ja tuulen korjauskertoimet kullekin tuulisektorille. Korjauskertoimien avulla tuulihavainnot muunnetaan potentiaalituuliksi, joissa kunkin mittauspaikan mittauskorkeus ja ympäristön rosoisuus on korjattu vastaamaan 10 metrin referenssikorkeutta ja -rosoisuutta. Olen laskenut jokaiselle Suomen 168 tuulen mittauspaikalle niiden turbulenssin intensiteetit, rosoisuudet ja potentiaalituulen korjauskertoimet. Tutkielmassa tarkastelen, miten menetelmä toimii Suomessa erilaisilla asemilla ja eri vuodenaikoina sekä maalla että merellä. Hajontamittaukset vaikuttavat luotettavilta ja maa-alueiden rosoisuuksien vuodenaikavaihtelu vastaa hyvin kokemuksia. Merialueilla rosoisuus määritetään tutkielmassa Charnockin yhtälöllä turbulenssin intensiteetin sijaan, koska aallokon rosoisuus muuttuu koko ajan tuulen mukaan. Maa- ja merialueiden rosoisuuksista määritetyt korjauskertoimet vaikuttavat johdonmukaisilta ja niiden avulla lasketut potentiaalituulet ovat keskenään vertailukelpoisia.