Halfgeleidertechnologie voor iedereen

300 mm cleanroom van het Fraunhofer IPMS bij CNT. © Fraunhofer IPMS / 300 mm cleanroom van het Fraunhofer IPMS bij CNT. © Fraunhofer IPMS

Het Fraunhofer IPMS ontwikkelt 200 mm-technologieën. © Fraunhofer IPMS / Fraunhofer IPMS ontwikkelt 200 mm-technologieën. © Fraunhofer IPMS

MEMS-scannerspiegel van het Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / MEMS-scannerspiegels van Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Innovatieve elektronica vereist geavanceerde technologieën en fabricageprocessen. Voor veel middenstanders een bijna onhaalbare investering. Maar dankzij het Fraunhofer-Instituut voor Photonische Mikrosystemen IPMS worden de nieuwste onderzoeksresultaten en technologieën op 200 en 300 mm wafers ook toegankelijk gemaakt voor kleinere bedrijven. Het aanbod varieert van advies tot procesontwikkeling en pilotproductie.

De mate van automatisering en de efficiëntie in de industrie is aanzienlijk toegenomen met Industrie 4.0 en het Internet of Things. Daarbij worden steeds meer sensoren, actuatoren, besturingsapparaten en machinaal leren-systemen noodzakelijk. De vraag naar compacte, energiezuinige en geavanceerde technologieën, evenals geminiaturiseerde componenten met innovatieve functies, neemt toe. De ontwikkeling van veel van deze technologieën brengt echter hoge kosten met zich mee en vereist het gebruik van een cleanroom. Met zijn onderzoeksportfolio in de 200 mm cleanroom biedt het Fraunhofer IPMS vooral kleinere bedrijven een laagdrempelig toegang tot deze hoogmoderne technologieën en faciliteiten.

MEMS-technologieën en componenten op 200 mm wafers

Klanten van het Fraunhofer IPMS kunnen gebruikmaken van de volledige service voor de ontwikkeling van micro-elektro-mechanische systemen (MEMS) en micro-opto-elektro-mechanische systemen (MOEMS) op 200 mm wafers.

Op het gebied van sensoren en actuatoren kunnen bijvoorbeeld oppervlakteverlichtingsmodulatoren (SLM) en capacitieve ultrasone sensoren (CMUT) worden ontwikkeld en vervaardigd met behulp van schiltechnologie binnen de oppervlakte-micromechanica. Daarnaast biedt het instituut in volumemicromechanica zeer precieze spiegels en het unieke Nano-E-Drive-aandrijvingsprincipe, dat in diverse toepassingen wordt gebruikt. Deze door Fraunhofer IPMS ontwikkelde actuatoren zijn gebaseerd op diepgeätzte siliciumstructuren met grote aspectverhoudingen (tot 1:40 met Bosch-proces). Ze bieden een hoge energie-efficiëntie bij een klein formaat.

De technologische ontwikkeling en begeleiding van de MEMS-technologieën, van individuele processen tot technologische modules en volledige technologie, evenals de procestechnische ondersteuning van de installaties in de cleanroom, worden verzorgd door meer dan 100 ingenieurs, operators en technici. Na succesvolle ontwikkeling biedt het instituut pilotproductie of ondersteuning bij technologische overdracht. Daarmee dekt het Fraunhofer IPMS de technologische rijpheidsgraden (TRL) van drie tot acht af.

Juist start-ups, MKB's en bedrijven zonder eigen fabriek kunnen hierdoor profiteren van lage investeringskosten.

300 mm halfgeleiderproces- en productontwikkeling voor nano-elektronica

Niet alleen 200 mm-technologieën worden door het Fraunhofer IPMS ontwikkeld. Het onderzoeksinstituut runt met het Center Nanoelectronic Technologies (CNT) toegepast onderzoek op 300-mm wafers voor microchipproducenten, toeleveranciers, apparatuurfabrikanten en R&D-partners.

Er worden diverse technologische ontwikkelingen en diensten aangeboden op het gebied van Ultra Large Scale Integration (ULSI). Deze omvatten onder andere atoomlagenafzetting, chemisch-mechanisch polijsten, wafer-metallisatie, wafer-reiniging, metrologie en nanoprinting. De focus van de onderzoeks- en ontwikkelactiviteiten ligt op de front-end, met nadruk op de integratie van functionaliteiten in bedradingniveaus (BEoL-module). Door de bundeling van competenties met het eveneens op 300 mm werkzame Fraunhofer IZM-ASSID (met focus op heterointegratie en wafer-level packaging) is onlangs een gezamenlijk centrum ontstaan met een cleanroom van 4000 m². Kerngebieden zijn bijvoorbeeld werken op het gebied van neuromorfe computing, quantum computing en hybrid bonding.

Neuromorfe Computing

Snelheid, rekenkracht, miniaturisering en energie-efficiëntie worden steeds belangrijker bij het mogelijk maken van toepassingen op het gebied van Big Data en Kunstmatige Intelligentie (AI). Een veelbelovende oplossingsrichting is de zogenaamde neuromorfe computing. Neuromorfe chips zijn geïnspireerd op het menselijke brein en beschikken over sterk verbonden kunstmatige neuronen en synapsen. De hogere rekenkracht van dergelijke chips wordt vooral bereikt doordat ze — net als de neuronen en synapsen in het menselijke brein — informatie gelijktijdig opslaan en verwerken (In-Memory-Computing).

Het Fraunhofer IPMS ontwikkelt vooral voor de sensor-gerelateerde directe gegevensverwerking ter plaatse zonder overdracht naar de cloud (Edge Computing) innovatieve technologieën en hardware-oplossingen met een hoge energie-efficiëntie met behulp van de In-Memory-Computing-benadering. Voor verschillende generaties neuromorfe hardware onderzoekt het Fraunhofer IPMS crossbar-architecturen die gebaseerd zijn op niet-vluchtige geheugencomponenten (bijvoorbeeld ferro-elektrische veld-effecttransistors).