Onderzoek voor de toekomst, toepassingstransfer voor het heden

Lithografie-Prozess im 300-mm-Reinraum des Fraunhofer IPMS - Center Nanoelectronic Technologies (CNT). © Fraunhofer IPMS / Lithografie im 300-mm-Reinraum am Fraunhofer IPMS - Center Nanoelectronic Technologies (CNT). © Fraunhofer IPMS

Het werk in de 200-mm-zuiveringsruimte bij Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / Onderzoek & Ontwikkeling in de 200-mm-zuiveringsruimte. © Fraunhofer IPMS

720p OLED-mikrodisplay © Fraunhofer IPMS / 720p OLED-mikrodisplay. © Fraunhofer IPMS

De vorderingen in industrie en techniek vragen voortdurend om nieuwe oplossingen in de productie van microchips, zowel vanuit technisch, economisch als ecologisch oogpunt. Met baanbrekend onderzoek en een hypermodern apparaatpark heeft het Fraunhofer-Instituut voor Fotonische Mikrosystemen IPMS zich ontwikkeld tot een sterke partner voor de industrie. Het dienstenaanbod omvat alle stappen »van lab tot fabriek« – van advies over procesontwikkeling tot pilotproductie.

Terwijl systemen en componenten steeds hogere prestatie-eisen moeten voldoen, is het tegelijkertijd essentieel dat ze compatibel zijn met andere industriële processen en voldoen aan de huidige technologische standaarden. Goede en snelle integratie, zo veelzijdige mogelijke toepassingsmogelijkheden en kostenefficiëntie zijn de centrale kernwaarden. Het Fraunhofer IPMS werkt aan innovatieve oplossingen op het gebied van opslagtechnologieën, sensortechniek en actuatoren, evenals aan MEMS-systemen en maakt door zijn uitgebreide dienstenaanbod en intensieve samenwerking met chipproducenten, apparaatfabrikanten en toeleveranciers een vlotte overdracht van resultaten en technologieën mogelijk.

Nieuwe rekenarchitecturen en innovatieve opslag voor de volgende generatie computers

Dagelijks genereren we een groeiende hoeveelheid data. Om hiermee om te gaan, zijn nieuwe technologieën nodig die een snelle opslag en verwerking van deze informatie mogelijk maken. Vanuit dit perspectief doet het Fraunhofer IPMS onderzoek naar de volgende generatie computers. In projecten met internationale partners, zoals »QSolid«, »Qu-Pilot« of »QUASAR«, werkt het instituut aan de productie van qubits en de opbouw van kwantumcomputers. Centraal in het onderzoek staan industrieel schaalbare elektronica, geoptimaliseerde materialen, processen en aansturingstechnologieën met het oog op CMOS-compatibiliteit.

Voor moderne gegevensverwerking worden niet-vluchtige geheugenoplossingen (NVM) steeds belangrijker, omdat ze krachtiger, kosten- en energie-efficiënter zijn. Het Fraunhofer IPMS kan terugkijken op meer dan tien jaar ervaring in de ontwikkeling van MRAM-, RRAM- en ferroelectrische technologieën. Vooral ferroelectrische geheugen op hafniumoxidebasis, die naadloos kunnen worden geïntegreerd in geavanceerde CMOS-technologieën en daarbij aanzienlijk betere prestaties bieden en goedkoper zijn. Ook de zogenaamde »In-Memory-Computing« is een bijzonder energiezuinige en tegelijk krachtige technologie. Hierbij worden gegevens direct op de plaats van ontstaan, dat wil zeggen in de geheugensets, verwerkt.

De onderzoeksdiensten van het Fraunhofer IPMS omvatten in dit gebied de ontwikkeling van systeemontwerpen, schakelingontwerpen en integratieconcepten, maar ook materiaalkunde en karakterisering tot in de megabyte-omgeving. Door materialen direct in productielijnen te implementeren via wafer-loops, kan een directe overdracht naar bestaande technologische knooppunten worden gewaarborgd.

Toepassingsgerichte MEMS, MOEMS en microdisplays op 200-mm siliciumwafers

In twee hypermoderne cleanrooms van 200 mm ontwikkelt het Fraunhofer IPMS MEMS-, MOEMS- en microdisplays-technologieën langs de volledige waardeketen: van individuele processen via technologische modules tot pilotproductie of ondersteuning bij technologische overdracht en licentiëring. Zo dekt het instituut de technologische rijpheidsniveaus 3 tot 7 af. Vooral start-ups, MKB's en bedrijven zonder eigen fabriek profiteren door het volledige dienstenpakket van lage investeringskosten. Om de instap voor het midden- en kleinbedrijf te vergemakkelijken, biedt het instituut bovendien evaluatiekits aan voor al haar ontwikkelingen, dat wil zeggen kant-en-klare sets waarmee klanten de technologieën van het Fraunhofer IPMS direct in hun eigen toepassingen kunnen testen.

In de 200-mm cleanrooms ontwikkelt het instituut ook innovatieve componenten zoals sensoren, actuatoren of microdisplays. Laatstgenoemden bereikten onlangs voor het eerst een transparantie van 45%. Vanwege hun zeer hoge resolutie en technologische niveau zijn de microdisplays ideaal voor virtual reality-, augmented reality- en mixed reality-toepassingen in industriële productie of medische technologie.

Nauwe samenwerking met de halfgeleiderindustrie

Om de overgang van laboratorium naar praktische toepassing te versnellen, biedt het Fraunhofer IPMS een krachtig netwerk en nauwe samenwerking met de industrie. Tegelijkertijd wordt zo de technologische concurrentiekracht van Duitsland versterkt. Recent vierde het instituut samen met BASF 10 jaar samenwerking op het gebied van nieuwe materialen. Ook GlobalFoundries is al jaren een nauwe partner in procesontwikkeling en met Bosch onderhoudt het Fraunhofer IPMS een langdurige samenwerking op het gebied van MEMS-technologieën, bijvoorbeeld in de ontwikkeling van microluidsprekers. Met Applied Materials runt het instituut een metrologiezuil. In de screening-fab bij het Center Nanoelectronic Technologies (CNT) kunnen onder industriële condities materialen, processen en machines worden geëvalueerd volgens ISO 9001-standaard en op Ultra-Large-Scale-Integration-niveau (ULSI).

Bovendien staan klanten, chip- en apparatuurfabrikanten, toeleveranciers en andere R&D-partners diensten ter beschikking op 200- en 300-mm-wafers. Het aanbod varieert van atoomlagenafzetting, chemisch-mechanisch polijsten, wafer-metallisatie en wafer-reiniging tot metrologie en nanopatterning.

Duurzaamheid wordt steeds belangrijker

Duurzame micro-elektronica krijgt steeds meer aandacht in moderne ontwikkelingen om ecologische uitdagingen in de sector aan te pakken. Door het gebruik van hulpbronnenefficiënte materialen en energiezuinige productieprocessen kan de CO₂-voetafdruk worden geminimaliseerd. Het Fraunhofer IPMS zet zich hiervoor in binnen een reeks projecten – waaronder bijvoorbeeld het competentiecentrum »Green ICT @ FMD« van de onderzoeksfabriek voor micro-elektronica Duitsland. Het doel is vooral om alternatieve en milieuvriendelijkere materialen of processen te vinden en te evalueren, en het energie- en materiaalverbruik tijdens de productie aanzienlijk te verminderen. Het streven is naar toekomstbestendige micro-elektronica die voldoet aan de eisen van duurzaamheid en tegelijkertijd de technologische concurrentiekracht versterkt.