FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
„Wir wissen, welche Trends wir aufgreifen müssen.“
- Prof. Dr. Michael Heuken, Vice President Advanced Technologies
Das Forschungsprojekt GraFunkL zielt darauf ab, neuartige UVC-LEDs zu entwickeln, mit denen man mikrobiell belastete Raumluft, Abwässer oder Oberflächen desinfizieren kann. Das ist in der Anwendung besonders hilfreich für Krankenhäuser, da dort multiresistente Erreger vorkommen. Als Partner bringt AIXTRON sein Know-How bei der Abscheidung von funktionalem Graphen auf Wafer-Skala ein.
GraFunkL steht für „Graphen als funktionale Schicht in UVC-LEDs“. Kooperationspartner von AIXTRON in dem Projekt sind:
- das Fachgebiet Werkstoffe der Elektrotechnik von Prof. Dr. Gerd Bacher (Universität Duisburg-Essen, UDE)
- die auf Terahertz-Messtechnik spezialisierte Protemics GmbH aus Aachen
- die ams-OSRAM International GmbH in Regensburg
Gefördert wird das Projekt vom Bundesforschungsministerium (BMBF) mit EUR 2,1 Mio.
Der Einsatz von Graphen verbessert sowohl die Energie-Effizienz als auch den Lichtertrag. Eine atomlagendünne, aus Kohlenstoff bestehende Schicht mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und einer hohen optischen Transparenz wird in die UVC-LEDs integriert und damit die Effizienz der Leuchtdioden gesteigert.
Zentrales Arbeitsziel des Projekts GraFunkL ist es darüber hinaus, eine Plattform zu entwickeln, die es ermöglicht, großflächig – d.h. mit Wafern bis zu 150 Millimetern Durchmesser – Graphen aufzubringen. Die wiederum soll in eine industrielle Fertigungslinie von UVC-LEDs integriert werden können.
Das Projekt European Space GaN (ESGAN) zielt auf die Entwicklung eines 200-V-GaN-Transistors im Anreicherungsmodus für den Einsatz in Leistungsmanagementschaltungen für Weltraumanwendungen ab. Die Vorteile des Galliumnitrid-Materials (GaN), wie z.B. die geringere Masse, der höhere Wirkungsgrad und die mögliche Strahlungshärte, sind bekannt, und das Projekt will diese Vorteile bei der Entwicklung der Technologie nutzen. Die Bauelemente werden entworfen, hergestellt und auf Strahlungseffekte, thermische Effekte, strukturelle Auswirkungen und Zuverlässigkeit geprüft und in einer Anwendung demonstriert, um die gewünschte Leistung zu überprüfen. Ziel ist es, eine Weltraumbewertung durchzuführen, die zu einer Weltraumqualifikation der hergestellten Geräte führt.
Ein weiteres Ziel ist der Aufbau einer europäischen Lieferkette, um die Abhängigkeit von anderen Ländern und geografischen Regionen zu beseitigen. Um die Ziele des Projekts zu erreichen, wurde ein Konsortium gegründet, dessen Mitglieder alle Stufen der Lieferkette abdecken. Das Konsortium setzt sich aus den folgenden Unternehmen zusammen:
- AIXTRON, verantwortlich für die MOCVD-Technologien und -Prozesse zur Herstellung fortgeschrittener Schichten für GaN-Transistoren
- SEMI ZABALA, zuständig für Design, Test und Packaging von GaN-Transistoren und integrierten Schaltungen
- X-FAB, eine Halbleitergießerei, die Verarbeitungsdienstleistungen für GaN-Transistoren anbietet
- AIRBUS DEFENCE & SPACE, eines der führenden Unternehmen in Europa für die Entwicklung und Herstellung von Satellitenausrüstung und -systemen.
Gemeinsam decken diese Unternehmen die gesamte Lieferkette ab, von den Materialien über Design, Verarbeitung, Verpackung und Prüfung bis hin zu den Endverbrauchern.
EUROPEAN SPACE GAN | ESGAN | Project | Fact sheet | HORIZON | CORDIS | European Commission
Der Zukunftscluster NeuroSys arbeitet an einer eigenen technologischen Vision für die künstliche Intelligenz in Deutschland, mit dem Ziel in Wirtschaft, Sicherheit und Ethik an der Spitze zu bleiben. Das Ziel von NeuroSys ist es, ein wettbewerbsfähiges, wissenschaftliches und wirtschaftliches Ökosystem in der Region Aachen zu etablieren. Dafür werden in der Region alle Kompetenzen und Infrastrukturen gebündelt, die für die Entwicklung zukünftiger europäischer KI-Hardware benötigt werden. Die langfristige Vision ist die technologische Unabhängigkeit Europas in diesem ethisch und wirtschaftlich sensiblen Bereich.
Im Zukunftscluster NeuroSys trifft ein breites Spektrum von Fachwissen zusammen: Physik, Material- und Neurowissenschaften, Ingenieurswesen und Informatik decken die technischen Fragestellungen ab. In Zusammenarbeit mit Wirtschaftswissenschaftlern wird an innovativen Produkten gearbeitet. Experten aus Ethik und Soziologie kümmern sich um die Einbindung in die Gesellschaft und die Politik. Die RWTH Aachen als Keimzelle arbeitet dabei mit dem Forschungszentrum Jülich, einem Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, und einem Institut der Johannes-Rau-Forschungsgemeinschaft, der AMO GmbH, eng zusammen. Weitere Unternehmen sollen den Cluster perspektivisch ergänzen.
Die Erforschung lernfähiger und energieeffizienter neuromorpher KI-Chips wird eine intelligente und ressourcenschonende Vor-Ort-Datenverarbeitung erlauben und damit eine wesentliche Voraussetzung schaffen für zukünftige Arbeitsweisen, Smart-City-Konzepte sowie das Internet of Things. Gleichzeitig werden entscheidende Beiträge vom Autonomen Fahren über Lernende Systemen bis hin zu Personalisierter Medizin geliefert.
In der 2. Umsetzungsphase im Teilprojekt A „KI-anwendungsspezifische Technologiereifung memristiver Bauteile“ steht konkret die Technologieweiterentwicklung von Memristoren auf Basis von zweidimensionalen (2D) Materialien und von Valenzwechsel-basierten (VCM) Metalloxid-Memristoren für neuromorphes Rechnen im Fokus der Arbeit. AIXTRON arbeitet dabei an der Optimierung der MOCVD-Anlagentechnologie für das Wachstum von 2D-Heterostrukturen. Dabei werden Schichtstrukturen auf 200 und 300 mm Substratgrößen abgeschieden, charakterisiert und den Projektpartnern für weitere Untersuchungen und die Entwicklung von Bauelementen zur Verfügung gestellt.
Clusters4Future.de: Zukunftscluster NeuroSys
Ziel des Move2THz-Projekts ist es, eine europäische Wertschöpfungskette und eine energieeffizientere technologische Plattform für (Sub-)THz-Anwendungen zu entwickeln. Das Projekt wird sich mit den heutigen Unzulänglichkeiten von Indiumphosphid (InP) befassen und soll die Entwicklung eines europäischen Ökosystems unterstützen. Oberstes Ziel ist es, eine kommerziell und industriell tragfähige Plattform für den Einsatz in verschiedenen Massenmarktanwendungen zu schaffen, die das höhere Frequenzspektrum von 1 THz und darüber hinaus nutzen.
Darüber hinaus zielt das Projekt darauf ab, die europäische Innovations- und Wertschöpfungskette für auf Indiumphosphid (InP) basierende Elektronik zu stärken. Dies dient der Vorbereitung auf die künftige Skalierung der Technologie zur Herstellung von Hochfrequenzgeräten in größeren Mengen. Zu diesem Zweck planen die Partner des europäischen Netzwerks Forschungs- und Entwicklungsarbeiten für die Waferproduktion, Epitaxieverfahren und Entwurfswerkzeuge für Transistoren und Schaltungen.
Das Projektkonsortium besteht aus 27 europäischen Partnern und verfügt über ein Budget von 40,7 Mio. €.
AIXTRON ist führend in der Entwicklung von Epitaxieanlagen und -prozessen für hochwertige elektronische InP-Schichten auf Wafern mit einem Durchmesser von bis zu 300 mm. InP hat aufgrund seiner physikalischen Materialeigenschaften großes Potenzial für Anwendungen in der Hochfrequenzelektronik, zum Beispiel für Radarsensoren oder die mobile drahtlose Kommunikationstechnik. Die im Projekt geplanten Entwicklungen werden dazu beitragen, die Kosten für die zukünftige Produktion von InP-Bauteilen und -Modulen deutlich zu senken und damit das Anwendungspotenzial zu erhöhen.
https://www.elektronikforschung.de/projekte/move2thzn
Das 2D-Pilotlinienprojekt (2D-PL) hat das Ziel, das europäische Ökosystem bei der Entwicklung der relevanten Integrationsmodule für das Angebot von Prototyping-Dienstleistungen im Bereich der Photonik und Elektronik weiter zu stärken, an der Reifung der Technologie zu arbeiten und wesentliche Informationen zur Unterstützung der industriellen Einführung bereitzustellen. Das Projekt baut auf den Ergebnissen des Projekts 2D-Experimental Pilot Line (2D-EPL) auf.
Das Hauptziel der Pilotlinie besteht darin, die Herstellung von 2D-Materialien (2DM) in einer industriell relevanten Produktionsumgebung (FAB) weiter zu entwickeln, um den Zugang zur 2D-Pilotlinie zu sichern. Das Dienstleistungsangebot umfasst die Erstellung entsprechender Prozessdesign-Kits (PDK) und Angebote für Multiprojekt-Wafer (MPW), die ein wesentlicher Bestandteil des Projektplans sind. Der große Anwendungsbereich für 2DM und die breite Differenzierung bei den Anforderungen an die Materialeigenschaften machen die Entwicklung einer solchen Pilotlinie zu einer großen Herausforderung. Daher wird im Rahmen des 2D-PL-Projekts der Schwerpunkt für die Modulreifung auf photonische und elektronische Bauelemente und Schaltungen gelegt.
Das Projektkonsortium besteht aus 16 europäischen Partnern und verfügt über ein Budget von 33,2 Mio. €.
AIXTRON SE war federführend am WP1 des 2D-EPL beteiligt. Wir haben eine neue 300 mm MOCVD-Anlage für das Wachstum von 2DM entwickelt, hergestellt und ihre Eignung für den Prozess nachgewiesen. Im neuen 2D-PL arbeitet AIXTRON SE weiter an der Stabilisierung und Automatisierung des Prozesses. Darüber hinaus sind wir bestrebt, die ersten Anforderungen für die Großserienfertigung („high-volume manufacturing“, HVM) zu erfüllen.
https://graphene-flagship.eu/industrialisation/pilot-line/
Siliziumkarbid (SiC)-basierte Leistungselektronik nutzt elektrische Energie deutlich effizienter als die heute vorwiegend verwendeten siliziumbasierten Halbleiter. Je nach Anwendung werden Energieeinsparungen bis zu 30% erwartet.
Ziel des Projektes ist es, zukünftig europäischen Halbleiterherstellern eine zuverlässigere und energieeffizientere Epitaxie-Technologie für SiC-Wafer zur Verfügung zu stellen.
Ausgestattet mit einem Budget von 28,4 Mio. € will das Projektkonsortium „SiC“ die aktuelle SiC-Epitaxie-Technologie über die dreijährige Projektlaufzeit signifikant weiter entwickeln. Leistungshalbleiter, die mit dieser energieeffizienten Epitaxie-Technologie hergestellt werden, liefern klare Vorteile z.B. bei der Umstellung auf erneuerbare Energien, für die elektrische Mobilität und in Industrieanwendungen.
AIXTRON SE wird dabei die Steigerung der Ressourceneffizienz bei der Produktion von Schichtstrukturen aus SiC-Verbindungshalbleitern sowohl wissenschaftlich als auch technologisch vorantreiben. Zudem sollen die dabei anfallenden Produktionsabfälle reduziert werden. Dabei werden neuartige software-gestützte Simulations- und Entwurfsmethoden für material- und energieeffiziente Herstellungsmethoden und Bauelementen entwickelt und erforscht.
Die Digitalisierung und die Entwicklung neuer Technologien schreiten stetig fort und durchdringen immer mehr Aspekte unserer Gesellschaft und Wirtschaft. Es lässt sich kaum bestreiten, dass dies auch die Art und Weise wie wir arbeiten grundlegend verändert. Gerade Unternehmen im Bereich der industriellen Produktion stehen hier vor großen Herausforderungen. Gleichzeitig birgt diese Entwicklung auch ein enormes Potenzial.
Mit dem Projekt AKzentE4.0 entsteht in der Region Aachen eine zentrale Anlaufstelle für das Thema digitale Technologie und Künstliche Intelligenz (KI) in der Arbeitswelt. AKzentE4.0 bündelt regionales Know-how aus Wirtschaft und Wissenschaft und bildet ein Arbeitswissenschaftliches Kompetenzzentrum. Das Projekt AKzentE4.0 wird mit rund 12 Millionen Euro gefördert und befasst sich inhaltlich mit der Einführung und Umsetzung von Digitalisierungskonzepten und innovativer Technik in der Region Aachen.
AIXTRON SE unterstützt das Konsortium mit seiner umfangreichen Erfahrung im Bereich der digitalisierten Produktion von MOCVD Systemen. Dabei werden Projekte zur datengestützen Automatisierung von Abläufen im Produktionsprozess und Service Funktionen entwickelt und getestet.
ALL2GaN wird die europäische Leistungselektronikindustrie stärken, indem es eine intelligente GaN-Integrations-Toolbox entwickelt. Diese soll als Basis für Anwendungen mit deutlich erhöhter Material- und Energieeffizienz den globalen Energiebedarf decken und gleichzeitig den CO2-Fußabdruck auf ein Minimum reduzieren. Das hochambitionierte KDT-Projekt All2GaN besteht aus 45 Partnern aus 12 europäischen Ländern, die in einem europäischen Innovationsnetzwerk zusammenarbeiten. Das Konsortium konzentriert sich auf die Verbesserung der Leistung und Zuverlässigkeit von GaN-Leistungs- und HF-Technologien. Die Partner decken die komplette Lieferkette von Substraten über Applikationssysteme bis hin zu Endverbrauchern ab.
AIXTRONs Rolle im Projekt
AIXTRON treibt wichtige Ausrüstungs- und Epitaxie-Wachstumsthemen für Nieder- und Hochspannungs-Leistungsschalter sowie für HF-Verstärker und MMICs voran. AIXTRON arbeitet dabei in mehreren Arbeitspaketen mit anderen führenden Herstellern der Halbleiter-Wertschöpfungskette zusammen.
AIXTRONs Beitrag im Projekt
AIXTRON ist stets bestrebt, den aktuellen Stand der Technik in der MOCVD-Reaktortechnologie und deren Anwendung voranzutreiben. Im Projekt All2GaN wird AIXTRON seine Kernkompetenz im Bereich der MOCVD-Systeme mit großem Durchmesser einbringen, die mit neuen Ansätzen für einen höheren Durchsatz optimiert werden. Dies wird dazu beitragen, eine schnellere Einführung von GaN-Bauelementen in den Märkten für Leistungsschaltung und HF-Kommunikation zu ermöglichen. Dies wird wiederum dazu beitragen den globalen CO2-Fußabrduck zu reduzieren.
Ziel des Projektes ist die Erforschung von zukunftsweisenden vertikalen Transistorarchitekturen. Dabei sollen leistungsfähige Transistoren mit niedrigen statischen und dynamischen Verlusten und hoher Spannungsfestigkeit auf defektarmen GaN-Substraten entwickelt und getestet werden. AIXTRON SE wird die MOCVD-Technologie zur Abscheidung der notwendigen Schichtstrukturen grundlegend untersuchen und weiterentwickeln. Zur Optimierung der Technologie erfolgt die Herstellung und Untersuchung von geeigneten Schichtstrukturen. Danach erfolgt der Austausch von Schichten mit den anderen Projektpartnern, um Bauelemente herzustellen und zu verbessern. Die Rückkopplung der Erkenntnisse von den Projektpartnern dient der Verbesserung der Technologie. Im Rahmen des Projekts soll eine Analyse des Abscheideprozesses erfolgen, die zur weiteren Optimierung für die hier angestrebte Anwendung für Leistungstransistoren dienen kann.
Ziele für AIXTRON sind insbesondere:
· Entwicklung einer Technologie zur gleichzeitigen MOCVD-Beschichtung von mehreren Substraten
für GaN-basierte vertikale Leistungstransistoren.
· Verständnis der limitierenden und kostentreibenden Effekte bei der MOCVD-Technologie.
· Korrelation der Bauelement- und Schaltungseigenschaften mit der Epitaxie.
· Verständnis und Kontrolle der Schichteigenschaften und deren Verteilung über die gesamte
Waferfläche eines großen Wafers beim MOCVD-Prozess.
· Kostenaspekte und Aspekte der Industrietauglichkeit der Epitaxie basierend auf technisch/wissenschaftlichen Daten und Modellvorstellungen.
AIXTRON SE gewinnt Ausschreibung der BMBF-Zukunftscluster-Initiative (Clusters4Future). Aus insgesamt 117 eingereichten Wettbewerbsbeiträgen sind 7 finale Zukunftscluster zur Förderung ausgewählt worden. Zu diesen Gewinnern zählt das nanodiag BW, ein Exzellenz Cluster aus Baden-Württemberg bei dem AIXTRON SE wegen seinem Alleinstellungsmerkmal des CVD-Wachstums von 2D Materialien auf großflächigen Substraten teilnehmen darf. Nanodiag BW steht für Nanoporentechnologie für die molekulare Diagnostik der Zukunft.
Die Clusters4Future-Aktion "nanodiag BW" nutzt Nanoporen-Technologien, um epigenetische Einflussfaktoren auf Krankheiten nachzuweisen und bringt die daraus resultierenden diagnostischen und therapeutischen Lösungen in die Anwendung.
Gemeinsam mit den Partnern dieses Spitzenforschungs-Cluster entwickelt AIXTRON SE Festkörpernanoporen im Industriemaßstab für Anwendungen in der Medizintechnik, welche als Membranen eingesetzt werden können. Dabei wird AIXTRON SE das CVD-Wachstum von 2D Materialien und deren Charakterisierung weiter erforschen, um neue CVD-Technologien für neue Anwendungsfelder der Medizintechnik zu entwickeln.
Nanodiag BW wird im Rahmen der Clusters4Future-Initiative vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
Die Herausforderung
Wirtschaft und Gesellschaft werden zunehmend elektrifiziert, um CO2-Ausstoß zu reduzieren. In einer solchen elektrischen Zukunft muss die elektrische Spannung auf ihrem Weg von der Primärenergieversorgung über die Zwischenspeicherung bis zum Endverbraucher mehrfach gleichgerichtet und invertiert werden, einschließlich der Umwandlung des Spannungspegels. Eine effiziente Leistungsumwandlung mit hochentwickelten Leistungstransistoren auf jeder Stufe ist daher zwingend erforderlich, um die Energieverschwendung zu minimieren.
Leistungstransistoren auf der Grundlage von Halbleitern mit breiter Bandlücke (WBG), wie Galliumnitrid (GaN), können die Effizienz leistungselektronischer Systeme verbessern, indem sie die derzeit verwendeten Leistungsschalter auf Siliziumbasis ersetzen. Aufgrund ihrer überlegenen Schalt- und Leitungseigenschaften eignen sie sich für nahezu alle Anwendungen, bei denen eine effiziente Leistungsumwandlung erforderlich ist, z. B. in den Bereichen Elektromobilität, Verkehr, erneuerbare Energien, Stromnetze oder industrielle Anwendungen. In einer elektrifizierten Zukunft sind sie daher ein wichtiger Baustein, um Verluste zu reduzieren und Energie zu sparen. Allerdings sind die Kosten für WBG-Halbleiter deutlich höher als für herkömmliche Leistungsbauelemente auf Siliziumbasis, was ihre Anwendung teilweise behindert.
Im Rahmen des YESvGaN-Projekts wird eine neue Klasse von WBG-Leistungstransistoren auf der Grundlage von Galliumnitrid (GaN) entwickelt, die sowohl erschwinglich als auch hocheffizient sein werden. Dies wird durch so genannte vertikale GaN (vGaN)-Membrantransistoren erreicht, die für die Umwandlung bei Spannungen bis zu 1200 V und Strömen bis zu 100 A geeignet sind. Die Entwicklung dieser neuen Transistoren wird Innovationen in mehreren Teilen der Halbleiterprozesskette umfassen, wie kostengünstige Substrate mit dicker Epitaxie, vertikale Membranansätze oder Mehrfachtransistorkanalkonzepte. Um die übergeordneten Projektziele zu erreichen, bündelt das YESvGaN-Konsortium die Erfahrung und Kompetenz von 23 Industrie- und Forschungspartnern aus 7 europäischen Ländern mit einem Gesamtbudget von fast 27 Mio. €. AIXTRON verbessert das MOCVD-Verfahren zur Herstellung dieser fortschrittlichen Leistungsbauelemente und optimiert die MOCVD-Reaktortechnologie.
Dieses Projekt wurde vom ECSEL Joint Undertaking (JU) unter der Fördervereinbarung Nr. 101007229 gefördert. Das Gemeinsame Unternehmen wird durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union sowie durch Deutschland, Frankreich, Belgien, Österreich, Schweden, Spanien und Italien unterstützt.
Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in Deutschland kofinanziert.
Galliumnitrid (GaN) ist ein Material mit großer Bandlücke, dass die Leistungselektronik auf die nächste Stufe heben könnte. Der flächendeckende Einsatz von Bauelementen auf GaN-Basis wird die Entwicklung leistungselektronischer Systeme ermöglichen, bei denen die Energieverluste gegen Null gehen und das Volumen/Gewicht sowie die Systemkosten deutlich geringer sind.
Das von der EU geförderte Projekt GaN for Advanced Power Applications (GaN4AP) plant, GaN-basierte Elektronik zur primären Technologie für aktive Bauteile in allen Leistungsumwandlungssystemen zu machen. Das Projekt zielt auf die Entwicklung innovativer leistungselektronischer Systeme, innovativer Materialien und einer neuen Generation von vertikalen Leistungsbauelementen auf der Grundlage von GaN ab. Außerdem sollen neue intelligente und integrierte GaN-Lösungen sowohl in System-in-Package- als auch in monolithischen Varianten entwickelt werden.
Die Entwicklung neuer Stromversorgungsgeräte und -schaltungen mit GaN-basierter Elektronik ist für die globale Wettbewerbsfähigkeit der EU-Industrie von entscheidender Bedeutung.
Das GaN4AP-Konsortium deckt alle grundlegenden Bausteine der Wertschöpfungskette ab, vom Hersteller der GaN-Bauteile über die Montage bis hin zum Endverbraucher in der Automobilindustrie, ergänzt durch führende akademische Institute und anderer Anbieter von Werkzeugen und Dienstleistungen (Simulationssoftware, Messwerkzeuge usw.).
Das GaN4AP-Projekt zielt auf die folgenden Märkte:
AIXTRONs maßgeschneiderte MOCVD-Anlagen sind die Schlüsseltechnologie für die Entwicklung und Herstellung von Verbindungs-Halbleitern. Zu den vielen Vorteilen der AIXTRON Planetary Reactors® und des Shower Head Reactors gehören eine benutzerfreundliche Bedienung, eine hervorragende Prozessstabilität sowie sehr hohe Precursor-Effizienzen und die weltweit besten Homogenitäten in der Beschichtung. Zusammen mit der exzellenten Zuverlässigkeit und dem hohen Durchsatz führen all diese Eigenschaften zu einer wertvollen Anlagenausbeute und einer hohen Betriebszeit. AIXTRON wird seine Kompetenz in der Entwicklung und Anpassung von CVD-Anlagen sowie seine umfangreichen Erfahrungen in der Hetero-Epitaxie von III-V-Verbindungshalbleiterstrukturen, Heteroübergängen, LED und Transistoren einbringen.
Dieses Projekt wurde vom ECSEL Joint Undertaking (JU) unter der Fördervereinbarung Nr. 101007310 gefördert. Das Gemeinsame Unternehmen wird durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unterstützt.
https://www.gan4ap-project.org
Photonik und Optoelektronik sind Schlüsseltechnologien für die Digitalisierung. Das Design entsprechender Halbleiterbauelemente sowie die Modellierung von Epitaxieprozessen können im Rahmen von Industrie 4.0 noch wesentlich von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) profitieren. Die allgegenwärtige Digitalisierung und Automatisierung sowie das Internet der Dinge erfordern konstante Energie- und Datenströme. Energie- und Datenströme sollen dabei gleichzeitig über die Glasfaser übertragen werden. Die aufkommende Technologie der photonischen Leistungsübertragung, auch bekannt als Power-by-Light, ermöglicht es Energie- und Datentransfer in einer einzigen optischen Verbindung gleichzeitig zu kombinieren . Durch die Verwendung von optischen Telekommunikationswellenlängen um 1550 nm können die Anwendungsmöglichkeiten solcher Power-by-Light Systeme auf entfernte Standorte erweitert und eine ausreichende Energieversorgung aus der Ferne ermöglicht werden. KI-gestützte Ansätze für Design und Fertigung von photonischen Leistungswandlern (engl. photonic power converter, PPC) sind entscheidend für die weitere branchenübergreifende Anwendung von photonischer Energie- und Datenübertragung.
Das deutsch-kanadische Verbundprojekt „Artificial Intelligence Enhanced Design and Manufacturing of Infrared Photonic Power Converters for Power and Telecom“, Teilvorhaben der AIXTRON SE “Smart MOCVD Process” „AIIR-Power“ zielt auf die Entwicklung von KI-Techniken zur Optimierung optoelektronischer Bauelementdesigns und ihrer epitaktischen Herstellung, sowie deren Anwendung zur Realisierung von PPCs für Telekommunikationswellenlängen um 1550 nm. Die Hauptziele des Konsortiums umfassen:
O1) KI-Designansatz: Entwicklung und Implementierung von Methoden des Maschinenlernens zur Reduzierung der Dimensionalität beim Design optoelektronischer Bauelemente am Beispiel von PPCs.
O2) Smarter Epitaxieprozess: Entwicklung und Implementierung KI-gestützter Modellierung des Epitaxieprozesses und Untersuchung von Algorithmen des bestärkenden Lernens für Echtzeit-Regelungssysteme zur Verbesserung von Materialqualität und Wirtschaftlichkeit, sowie zur Vorbereitung auf die Industrie 4.0.
O3) Demonstration von KI-verbesserten PPC Bauelementen: Design und Fertigung neuer Mehrfach-PPC Bauelemente für Telekommunikationswellenlängen um 1550 nm mit erhöhter Ausgangsspannung.
Zu den Kooperationspartnern zählen AIXTRON SE, Broadcom, National Research Council Canada, Optiwave, University of Ottawa und das Fraunhofer ISE.
AIXTRON SE arbeitet dabei an der Verbesserung der numerische MOCVD-Prozesssimulation. Dabei wird ein grundlegendes Verständnis für KI-verstärkte Software-Werkzeuge geschaffen. Die Ansätze sollendie Untersuchung von KI-gestützten Geräte-, bzw. Anlagenverbesserungen ermöglichen. Das ermöglicht letztendlich Strategien zur Kostensenkung von Produktionsverfahren zu entwickeln.
This project is funded by the Federal Ministry of Education and Research in Germany.
Das Projekt PowerElec konzentriert sich auf die Entwicklung neuartiger metrologischer Methoden und Instrumente, die Produktivität der Leistungselektronikindustrie deutlich zu verbessern.
Die Elektrifizierung des Verkehrs, die intelligente Stromverteilung und die 5G/6G-Kommunikation sind von entscheidender Bedeutung für die Unterstützung des europäischen Green Deal und eine Stärkung der globalen Wettbewerbsfähigkeit der EU. Die Leistungselektronik ist für diese Technologien von entscheidender Bedeutung, und europäische Unternehmen sind führend beim Übergang von Silizium zu Verbindungshalbleitern mit breiter Bandlücke. Diese Materialien bieten enorme Vorteile in Bezug auf die Leistung, aber die Fertigungsausbeute und die langfristige Zuverlässigkeit werden durch Materialfehler beeinträchtigt, die mit den bestehenden Techniken in der Fertigungsanlage nur schwer zu erkennen und zu charakterisieren sind. Ziel des PowerElec-Projekts ist es, Messtechniken zu entwickeln, die diese Einschränkungen überwinden. Dies soll durch die gemeinschaftlichen Bemühungen von nationalen Metrologie-Instituten und der Partnern aus Industrie und Wissenschaft gelingen. Im Rahmen des Projekts nutzt AIXTRON die Kompetenz der Partner, um die möglichen Defekte in den durch MOCVD gezüchteten Halbleiterschichten zu verstehen und auf der Grundlage dieses Wissens die AIXTRON MOCVD-Technologie weiter zu verbessern.
Das Projekt PowerElec wird von EMPIR - The European Metrology Programme for Innovation and Research - unterstützt, das europäische Metrologie-Institute, Hochschulen und die Industrie zusammenbringt, um neue Herausforderungen in der Metrologie zu bewältigen.
Neuro-inspirierte Technologien der künstlichen Intelligenz für die Elektronik der Zukunft im Rheinischen Revier:
Das BMBF Verbundvorhaben NEUROTEC verfolgt das Ziel Technologie für neuartige neuromorphe Elektronikhardware und die passende Software zu verwirklichen. Ein wesentlicher Schlüsselbaustein ist die memristive Zelle auf Basis verschiedener physikalischer Speichermechanismen. Sie speichert Information im elektrischen Widerstand und behält ihren digitalen oder sogar analogen Speicherwert auch im stromlosen Zustand. Neben der grundlegenden Forschung in den Arbeitspaketen soll die Technologie im Projekt als Prozesskette demonstriert werden, die eine Reihe von Demonstratorschaltungen hervorbringt. Die kooperierenden Anlagenhersteller und Unternehmen im Bereich der Messtechnik werden auf die neuartigen Konzepte, Materialien und Hardwarebauteile der neuromorphen Elektronik eingestellt. Dies geschieht in der Erwartung, dass es in 5-10 Jahren einen wachsenden globalen Markt für neuromorphe Elektronik geben wird. Diese Unternehmen sind allesamt im Rheinischen Revier angesiedelt. Damit leistet das Projekt NEUROTEC einen Beitrag zum Strukturwandel im Bereich Digitalisierung und Stärkung der Hochtechnologie. Die weitere Spezifizierung und Anwendungen der KI Chips werden im Zukunftscluster NeuroSys weiter erforscht. Gemeinsame Vision beider Projekte ist es, ein wirtschaftliches Ökosystem im Bereich neuromoprher KI Hardware und Software in der Region Aachen-Jülich entstehen zu lassen.
NEUROTEC II möchte zu diesem neuro-inspirierten Ansatz der KI die grundlegende Forschung und Entwicklung sowie unterstützende Technologie vorantreiben und eine Translation in die zunehmend digitale Wirtschaft anstoßen. NEUROTEC II strebt den Einsatz von memristiven Zellen für eine breite Palette möglicher neuromorpher Rechenkonzepte an.
Im Teilprojekt von AIXTRON SE wird die MOCVD-Technologie zur Abscheidung der notwendigen Schichtstrukturen grundlegend untersucht und entwickelt. Zur Optimierung der Technologie erfolgt die Herstellung und Untersuchung von geeigneten Schichtstrukturen. Danach erfolgt der Austausch von Schichten mit den anderen Projektpartnern, um Bauelemente herzustellen und zu verbessern. Die Rückkopplung der Erkenntnisse aus den anderen Gruppen dient der Verbesserung der Technologie.
https://www.neurotec.org/de
Neuromorphe Hardware als Basis für technologische Unabhängigkeit bei künstlicher Intelligenz
Der Zukunftscluster NeuroSys sieht seine Aufgabe in der Entwicklung einer eigenen technologischen Vision der künstlichen Intelligenz in Deutschland, um in Wirtschaft, Sicherheit und Ethik an der Spitze zu bleiben. Hierzu möchten die Akteure ein wettbewerbsfähiges wissenschaftliches und wirtschaftliches Ökosystem im Großraum Aachen schaffen. Das Ziel von NeuroSys ist es, die Region Aachen als weltweit führenden Standort für Forschung, Entwicklung und Innovation in neuromorpher Hardware für Künstliche Intelligenz (KI) zu etablieren. Dafür werden in der Region alle Kompetenzen und Infrastrukturen gebündelt, die für die Entwicklung zukünftiger europäischer KI-Hardware benötigt werden. Die langfristige Vision ist die technologische Unabhängigkeit Europas in diesem ethisch und wirtschaftlich sensiblen Bereich.
KI dominiert als Software bereits Bereiche wie Computer Vision und Sprachverarbeitung. Allerdings werden innovative neue Hardware-Konzepte gebraucht, um Anwendungen wie autonomes Fahren, personalisierte Gesundheitsversorgung, intelligente Städte, das Internet der Dinge und Wirtschaft 4.0 effizient realisieren zu können. Herkömmliche Computerhardware stößt bei KI-Anwendungen zunehmend an inhärente Grenzen der Energieeffizienz. NeuroSys überwindet diese Grenzen durch die Entwicklung von neuro-inspirierter Hardware, um einen Sprung in der Energieeffizienz zu ermöglichen.
Im Zukunftscluster NeuroSys trifft ein breites Spektrum von Fachwissen zusammen: Physik, Material- und Neurowissenschaften, Ingenieurswesen und Informatik decken die technischen Fragestellungen ab, zusammen mit den Wirtschaftswissenschaften kreieren sie Innovationen, während Experten aus Ethik und Soziologie die Brücke in die Gesellschaft und die Politik schlagen. Die RWTH Aachen als Keimzelle arbeitet dabei mit dem Forschungszentrum Jülich, einem Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, und einem Institut der Johannes-Rau-Forschungsgemeinschaft, der AMO gGmbH, eng zusammen. Weitere Unternehmen sollen den Cluster perspektivisch ergänzen.
In der 1. Umsetzungsphase wurden 5 Projekte bewilligt. Im Teilprojekt NeuroSys: Memristor Crossbar Architekturen (Projekt A) entwickelt AIXTRON SE die MOCVD-Anlagentechnologie zur Herstellung und Optimierung von Bauelementen aus 2D-Materialien weiter. Dabei werden Schichtstrukturen abgeschieden charakterisiert und den Projektpartnern für weitere Untersuchungen und Entwicklungen von Bauelementen zur Verfügung gestellt.
Webseite
Clusters4Future.de: Zukunftscluster NeuroSys
Herstellung von Graphen im industriellen Maßstab
Graphen besteht nur aus einer Lage von Kohlenstoffatomen und gilt seit seiner Entdeckung als „Wundermaterial“. Besonders interessant ist die extreme Festigkeit bei gleichzeitiger Biegsamkeit des Materials. Auch weist es eine höhere elektrische Leitfähigkeit als Metalle auf und ist noch dazu transparent. Die einzigartigen Eigenschaften des dünnsten Materials der Welt könnten vielfältige Anwendungen ermöglichen, bisher sind jedoch sehr wenige Produkte auf dem Markt. Einige Verbesserungen konnten bspw. bei Sensoren zu einer deutlich gesteigerten Sensitivität führen. Auch konnten Transistoren, Herzstück in der Nachrichtentechnik oder in Computersystemen, mit besonders hoher Taktfrequenz realisiert werden. Es handelt sich bislang jedoch nur um Labordemonstrationen, nicht um produktionstaugliche Prozesse. Das dringendste Problem ist die nicht einwandfrei definierte und reproduzierbare Qualität der Graphenschichten. Für eine Umsetzung im industriellen Maßstab ist aber eine hohe und zuverlässig reproduzierbare Qualität der elektrisch funktionalen Materialien unabdingbare Voraussetzung.
Mit der Gasphasenabscheidung steht grundsätzlich ein skalierbarer Prozess für die Herstellung großflächiger Graphenschichten zur Verfügung. Im Projekt GIMMIK soll die Herstellung von Graphenschichten erstmals unter industriellen Rahmenbedingungen evaluiert werden. Die Schwachstellen bei der entsprechenden Prozessierung werden identifiziert und Wege zur Eliminierung der Fehlerquellen entwickelt. Darüber hinaus soll die Übertragung der Eigenschaften von Graphen auf elektrische Bauteile durch Integration in eine Materialumgebung überprüft werden. Dieser Aspekt soll mit Fokus auf die Bewertung der Graphenqualität, aber auch im Hinblick auf die Verbesserung der Bauteileigenschaften untersucht werden. Parallel werden Verfahren zur großflächigen, kontaktfreien Charakterisierung von Graphen entwickelt, die derzeit noch nicht existieren. Projektziel ist die Erstellung von Methodiken zur Sicherstellung einer gleichmäßig hohen Graphenqualität als Grundlage der Fertigungstauglichkeit für Abscheidungs- und Integrations-Prozesse.
Das Forschungsvorhaben GIMMIK hat zum Ziel, die Graphentechnologie für elektronische Bauelemente zu erweitern und auf einen produktionsrelevanten Stand zu bringen. Im Erfolgsfall gelingt ein internationaler Durchbruch in der industriellen Anwendung von Graphen, der aufgrund des hohen Verwertungspotentials die beteiligten Unternehmen und Deutschland als Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort international stärkt.
Teilnehmer: AIXTRON SE, Deutschland (Herzogenrath) / Infineon Technologies AG, Deutschland (Neubiberg) / IHP GmbH - Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik, Deutschland (Frankfurt, Oder) / Protemics GmbH, Deutschland (Aachen) / LayTec AG, Deutschland (Berlin) / RWTH Aachen, Deutschland (Aachen)
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Das Graphene-Flaggschiff ist Europas 10-jähriges, mit 1 Mrd. Euro gefördertes Programm, das im Oktober 2013 angelaufen ist. Das Flaggschiff stellt eine neue Form der gemeinsamen, koordinierten Forschung in einem noch nie dagewesenen Ausmaß dar und bildet die größte europäische Forschungsinitiative aller Zeiten. Das Programm wird in Form von Kurzprojekten finanziert, und wir befinden uns jetzt in der "Core 3"-Phase.
Das Graphen-Flaggschiff hat die Aufgabe, akademische und industrielle Forscher zusammenzubringen, um innerhalb von 10 Jahren Graphen aus dem Bereich der akademischen Laboratorien in die europäische Gesellschaft zu bringen und so Wirtschaftswachstum, neue Arbeitsplätze und neue Möglichkeiten zu schaffen.
Bei diesem Projekt hat AIXTRON zwei wichtige technische Aufgaben:
(1) die Entwicklung eines automatisierten Transfersystems zur Realisierung der Backend-Integration von Graphen auf 300-mm-Wafern;
(2) die Entwicklung eines Rolle-zu-Rolle-Wachstums von Graphen auf Kabeln zur Verbesserung des Korrosionsschutzes und der elektrischen Leistung;
Was die Leitung des Projekts betrifft, so ist Dr. Ken Teo der Vorsitzende des Exekutivausschusses, der das Entscheidungsgremium des Flaggschiffs ist; Dr. Alex Jouvray leitet das Arbeitspaket Produktion.
Weitere Informationen: Graphene Flagship
Gesamtziel des Vorhabens:
Das vordringliche Ziel von AIXTRON ist die Erhöhung der Produktionstauglichkeit unserer Technologie für Anwendungen in der Leistungselektronik, in der Photovoltaik sowie in der Nano-Photonik und Sensorik. Die Technologie zielt auf die Märkte Energie und eMobility. Eine Verbesserung der Technologie und der Effektivität ist nötig, um die internationalen Anforderungen einer vielseitigen, hochflexiblen Schlüsseltechnologie mit häufig wechselnden Kundenanforderungen, Prozessen, Produkten und Materialsystemen zu erfüllen. Dies soll erreicht werden durch Industrie 4.0-Ansätze also mit vernetzten und automatisierten Maschinenkonzepten, intelligenter Software, Analysen am Rande der Nachweisgrenzen und präziser Prozesskontrolle. Für die unterschiedlichen Anwendungen und Materialsysteme sind aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften hochspezialisierte Lösungsansätze nötig. Elektronische Leistungswandler und die CPV-Technologie dienen als Demonstrator. In einem produktionsnahen Umfeld werden die Lösungsansätze realitätsnah kritisch getestet und bewertet.
Projektpartner:
•AIXTRON SE
•AZUR Space Solar Power GmbH
•LayTec AG
•IMA - RWTH Aachen
•Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS)
Das Verbundprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.
Die Anforderungen an Elektrofahrzeuge steigen heutzutage. Als wesentlicher Bestandteil, Hochleistungsbatterien in der großen Nachfrage, die spezifische technische Eigenschaften und präzise Fertigung erfordern. Die Eigenschaften von Stromabnehmern bestimmen in hohem Maße die Leistung der Leistungsbatterie. Herkömmliche Metallfolien können nur einer schwachen Bindung des aktiven Materials standhalten und sind sehr anfällig für Sulry/Elektrolyt. Um dieses technische Problem zu lösen, haben wir eine Kondensationsabscheidung von Carbon Nanotube (CNT)-Wald mittels CVD durchgeführt, die durch unsere einzigartige Technologie von Rolle zu Rolle skaliert werden kann. Die CNT-Abscheidungsschicht kann sowohl gegen saure Sulry als auch gegen organische Elektrolyte vor direktem Kontakt mit Metallfolie schützen. Darüber hinaus kann es auch eine bessere mechanische Verbindung zwischen CNT und elektrodenaktiven Materialien herstellen und so eine bessere elektrochemische Leistung für Power-Batterien bieten. In diesem Projekt möchten wir die Vorteile von AIXTRON bei der CVD- und CNT-Depositionstechnik mit den Vorteilen der anderen Projektpartner bei der Herstellung und dem Markt kombinieren.
Ziel des Projekts ist die Innovation eines neuen Produkts (nano-carbonbeschichtete Stromabnehmer) für leistungsstarke Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) für Elektrofahrzeuge (EVs). Dieses Produkt ist ein notwendiges Zubehör für High-End-Batteriehersteller und stellt so mit relativ geringem Verkaufsaufwand eine einzigartige und profitable Marktchance für Weimu dar. Um einen erfolgreichen F&E-Output zu erreichen, sind die Hauptziele und Aktivitäten im Folgenden aufgeführt:
Ziele:
1. Entwicklung von Fertigungseinrichtungen und -techniken für spezielle industrielle Anforderungen,
2. Überzeugende Proben mit besserer Leistung als aktuelle LIBs,
3. Demonstration der Skalierbarkeit für Fertigung und Produktion.
Aktivitäten:
1. Herstellung von mit Nanokohlenstoff beschichteten Proben auf der Grundlage von Anforderungen, die mit Hilfe der vorhandenen AIXTRON-Forschungsanlage im Batch-Betrieb durchgeführt werden können.
2. Überprüfen und testen Sie beschichtete Proben in LIB-Knopfzellen,
3. Vergrößerung des Prozesses durch die Entwicklung einer Rolle-zu-Rolle-Fertigungsanlage,
4. Herstellung konventioneller LIBs im Maßstab für weitere Tests, 5. Sicherstellung des Endprodukts, der Kosten und der Eigenschaften.
Die Innovation, die dieses Projekt demonstriert, ist die Durchführung eines Trockenverfahrens zur Beschichtung von LIB-Stromabnehmern mit Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT). In aktuellen LIBs sind Stromabnehmer hauptsächlich Aluminiumoxidfolien für die Kathode, Kupferfolien für die Anode. Blanke Metallfolien sind anfällig für Oxidation und Korrosion. Außerdem sind sie schwach mit der angrenzenden Elektrodenschicht verbunden. Um das Problem zu lösen, werden derzeit Lösungen mit einer dünnen Kohlenstoffschicht 2~5μm zur Verbesserung der Grenzflächeneigenschaften angeboten. Bei diesem Verfahren handelt es sich jedoch um einen Nassprozess, der eine lange Verarbeitungszeit und eine zusätzliche Lösungsmittelmischung erfordert. Daher hat es viele Vorteile, einen solchen Nassprozess durch einen Trockenprozess zu ersetzen, der auf unserer einzigartigen Nano-Kohlenstoff-Abscheidungsmethode basiert. Die Schritte konnten reduziert werden, so dass die Produktionszeit im Vergleich zu aktuellen Lösungen relativ gering ist. Außerdem wäre die gelöschte Nano-Kohlenstoff-Beschichtung auch von besseren Eigenschaften, die wertvoller sind als bisherige Lösungen.
Das neue Produkt zielt auf die Verbesserung der Produkteigenschaften sowie der Produktionseffizienz in der Großserienfertigung ab.
Neue Pilotanlage wird in Zukunft der Inkubator für multinationale Unternehmen der Photonik sein.
Die Photonik ist eine aufstrebende Technologie mit einem potenziellen Multitrillionenmarkt. Innovative kleine und mittlere Unternehmen (KMU) stehen bei dieser Entwicklung an vorderster Front, aber die FuE-Kosten sind für sie unerschwinglich. Deshalb gründen 12 Partner aus Nordwesteuropa eine Open-Access-Pilotlinie, die Kosten und Zeit für die Pilotproduktion neuer Produkte drastisch reduzieren wird. Diese neue Einrichtung wird voraussichtlich das Inkubatorzentrum von tausend neuen Unternehmen und Tausenden von Arbeitsplätzen sein. Das 14-Millionen-Euro-Projekt (OIP4NWE) wird vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung unterstützt und beginnt diese Woche in Eindhoven.
Die Photonik ist vergleichbar mit der Elektronik, aber anstelle von Elektronen verwendet sie Licht (Photonen) als Arbeitspferd. Sie verbraucht viel weniger Energie, ist schneller und eröffnet eine Fülle neuer Möglichkeiten. Eines der Hauptprobleme, das die Photonik lösen wird, ist der explodierende Energieverbrauch von Rechenzentren, da photonische Mikrochips viel weniger Energie verbrauchen als ihre elektronischen Vorgänger. Ein weiteres Beispiel für die Anwendung von photonischen Bauelementen ist ein hochpräzises Überwachungssystem für Flugzeugflügel, Brücken oder hohe Gebäude.
Nach zwei Jahrzehnten der photonischen Grundlagenforschung starten nun die ersten Unternehmen, die photonische integrierte Schaltungen (PICs) herstellen. Eine der Haupthindernisse sind die hohen Kosten für Forschung und Entwicklung. Die PIC-Produktion erfordert nicht nur teure High-Tech-Geräte, die in Reinräumen installiert sind, sondern auch die Produktionsprozesse weisen derzeit noch eine hohe Fehlerquote auf und sind zu langsam. Dies war für die Grundlagenforschung vertretbar, nicht aber für die kommerzielle Forschung. Die Bewertung der technologische Einsatzbereitschaft (technology readiness level, TRL), die von 1 bis 9 reicht, muss von den aktuellen 4 auf das Niveau 7 angehoben werden.
Das neue Projekt unter der Leitung der Photonik-Hochburg Eindhoven University of Technology (in Zusammenarbeit mit dem Photonic Integration Technology Center) umfasst die Realisierung einer effizienten Pilotproduktionslinie zur gemeinsamen Nutzung durch europäische KMU. Das Projekt sollte die Fehlerquote in der Pilotproduktion verringern und die Durchlaufzeit verkürzen. Alles in allem sollte dies zu einer Kostensenkung führen, die die Schwelle für die Entwicklung neuer photonischer Produkte deutlich senkt. Dies dürfte dazu beitragen, innerhalb von zehn Jahren nach dem Projekt viele integrierte Photonikfirmen zu gründen.
Der Frontend-Prozess (Herstellung von PICs auf Indiumphosphid-Wafern) wird in der bestehenden Reinraumanlage NanoLab@TU/e der Universität Eindhoven realisiert. Die PICs verschiedener Unternehmen werden auf einem Wafer zusammengefasst, um die Kosten niedrig zu halten. Der Backend-Prozess wird an der Vrije Universiteit Brussel (Optiken für Strahlformung und Lichtkupplung) und am Tyndall National Institute in Cork, Irland (Montage von Glasfaserverbindungen und Elektronik im Gehäuse) durchgeführt. Alle Schritte erfordern nanoskalige Präzision, um Produktfehler zu vermeiden.
Die erste Phase des Projekts ist die Installation der Ausrüstung. Die zweite Stufe konzentriert sich auf die Automatisierung der Anlagen, während die dritte Stufe intensive industrielle Forschung zusammen mit den Anlagenherstellern zur Optimierung und Entwicklung neuer Verfahren beinhaltet. Die Pilotlinie soll 2022 vollständig in Betrieb sein. Um die Erstakzeptanz durch die KMU zu fördern, wird ein Gutscheinprogramm für externe KMU eingerichtet.
Weitere Beteiligte neben AIXTRON SE (Deutschland) sind die Unternehmen Oxford Instruments Nanotechnology Tools (Großbritannien), SMART Photonics, VTEC Lasers & Sensors, Technobis Fibre Technologies (alle Niederlande) und mBryonics Limited (Irland) sowie die Forschungszentren Photonics Bretagne (Frankreich), Cluster NanoMikroWerkstoffePhotonik.NRW (Deutschland) und Photon Delta Cooperatie (Niederlande).
Das Projekt hat ein Gesamtbudget von 13,9 Millionen Euro. Davon finanziert die EU 8,3 Millionen, der Rest kommt von den beteiligten Parteien.
Presseinformation Protoype AIXTRON epitaxy reactor for open innovation pilot line OIP4NWE
Das QUANTIMONY-Konsortium ist ein Europäisches Innovatives Ausbildungsnetzwerk (European Innovative Training Network, ITN) mit einem Schwerpunkt auf dem Gebiet der Halbleiterwissenschaft und -technologie, das alle wissenschaftlichen und ingenieurtechnischen Aspekte von der Modellierung über Materialwachstum und -charakterisierung, Bauelementherstellung und -analyse bis hin zur industriellen Nutzung abdeckt.
Im Rahmen dieses neuen, von der EU finanzierten H2020, Marie Skłodowska-Curie Joint Training and Research Programme "Quantum Semiconductor Technologies Exploiting Antimony" (Gemeinsames Ausbildungs- und Forschungsprogramm "Quantenhalbleiter-Technologien zur Nutzung von Antimon-basierten Verbindungshalbleitern") stehen 14 Doktorandenstellen für hochmotivierte Nachwuchsforscher (Early Stage Researchers, ESRs) zur Verfügung.
Gesucht werden 14 junge talentierte ESRs, die in einem dieser Länder auf ihre Promotion hinarbeiten wollen: Deutschland, Italien, Niederlande, Spanien und Großbritannien ab April/Juni 2021.
Das Projekt QUANTIMONY wird von der Europäischen Kommission (Kennzeichen 956548) gefördert.
Mehr Informationen (Website QUANTIMONY und Europäische Kommission)
Pressemitteilung: Klicken Sie bitte hier
SKYTOP zielt darauf ab die Kombination von topologischem Zuständen sowohl im realen als auch im reziproken Raum durch die Verwendung von Topologischen Materialien (TM) wie Topologischen Isolatoren und/oder Weyl-Halbmetallen und magnetischen Skyrmionen zu ermöglichen. Ziel ist es, eine Skyrmion-TM-basierte Plattform zu entwickeln und Geräte mit ineinandergreifenden elektronischen Spins und Topologien für verbesserte Effizienz und neue Funktionen zu realisieren. Diese sollen zu einem neuen Paradigma für die ultradichte niederleistungs-Nanoelektronik führen. Die drei Hauptziele dieser Vision sind: die Entwicklung von TM-Materialien für eine hocheffiziente Erzeugung von Spin-Strömen und Steuerung der Magnetisierung; als auch die Entwicklung einer funktionalen TM-Skyrmion-Plattform. Diese Arbeiten sollen die Skyrmionen eine Technologiestufe höher heben. Die Demonstration des Potenzials dieser Plattform erfolgt durch die Realisierung von zwei exemplarischen unkonventionellen Geräten: einem rekonfigurierbaren Hochfrequenz-Skyrmion-Filter und einem neuromorphen Gerät auf Basis von Skyrmion-Gas. SKYTOP wird voraussichtlich auch eine Route zur Erschließung der entstehenden Weyl-Halbmetallmaterialien eröffnen. Diese werden derzeit auf der Ebene der Grundlagenforschung untersucht.
Teilnehmer: National Center for Scientific Research “Demokritos” (NCSRD, Griechenland, Koordinator) / Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS, Frankreich) / Thales (Frankreich) / Max-Planck-Insituts (MPI, Deutschland) / Consiglio Nazionale delle Ricerch –Institute for Microelectronics and Microsystems (CNR-IMM, Italien) / Interuniversity Micro-Electronics Center (Imec, Belgien) / AIXTRON (Deutschland)
Gefördert durch die Europäische Kommission
SKYTOP Project EU: Skyrmion-Topological insulator and Weyl semimetal technology (Video)
Die Digitalisierung und die zugrunde liegenden Schlüsseltechnologien sind ein wesentlicher Bestandteil der Antworten auf viele der gewaltigen Herausforderungen, vor denen die Gesellschaften heute stehen. Die wichtigsten Voraussetzungen für diese digitale Transformation sind elektronische Komponenten und Systeme (ECS), die in Anwendungen, Information Highways und Rechenzentren eingesetzt werden. Diese Informationsautobahnen und Rechenzentren sind das "Rückgrat" der gesamten Digitalisierung (5G) und elektrische Energie ist die wesentliche Ressource, die sie antreibt. Aufgrund der stetig steigenden Nachfrage nach Datenverkehr, -speicherung und -verarbeitung ist eine höhere Energieeffizienz unumgänglich. Dies gilt auch für die Energieumwandlung in Bezug auf Smart Grids und Smart Mobility.
Wann immer Halbleiterbauelemente auf Silizium-(Si)-Basis an ihre Grenzen stoßen, sind Leistungshalbleiter auf Galliumnitrid-(GaN)-Basis vielversprechende Kandidaten, die wesentlich höhere Schaltfrequenzen bei gleichzeitig höchster Energieumwandlungseffizienz ermöglichen. Mehrere FP7- und H2020-Projekte, darunter das ECSEL-Pilotprojekt "PowerBase", haben diese Annahmen bestätigt und dienen als Grundlage für die Verfügbarkeit der ersten Generation europäischer GaN-Geräte. Neben dem Nachweis der Fähigkeit, effizientere und kompaktere Anwendungen durch den Einsatz von GaN-Bauelementen zu erreichen, machten diese Projekte deutlich, dass die Herausforderungen der GaN-Technologien stark unterschätzt wurden. Daraus ergibt sich eindeutig die Notwendigkeit, GaN weiter zu untersuchen und die Forschungsaktivitäten auf Größenreduzierung, Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit bei der Bewältigung großer Herausforderungen zu konzentrieren:
Höhere elektrische Felder (Driftphänomene, die die Lebensdauer beeinflussen),
Höhere Stromdichten (Elektromigration wirkt sich auf die Lebensdauer aus),
Höhere Leistungsdichten (thermische Probleme, die das Kompaktheitspotenzial einschränken).
Diese Herausforderungen bilden eine "rote Ziegelwand" für die nächsten Generationen der GaN on Si-Technologie, die das Schrumpfen von GaN-Bauteilen behindert, was notwendig ist, um deren Erschwinglichkeit zu verbessern und damit das Spektrum der Einsatzmöglichkeiten zu erweitern.
Der RIA-Projektvorschlag UltimateGaN wird die rote Ziegelwand überwinden und sich auf die GaN-Technologie der nächsten Generation konzentrieren, die insbesondere sechs Hauptziele entlang und über die gesamte vertikale Wertschöpfungskette der Leistungs- und Hochfrequenzelektronik (RF) verfolgt:
Forschung an vertikalen Power-GaN-Prozessen und -Vorrichtungen, die die Leistung über den aktuellen Stand der Technik hinaus steigern,
Forschung an lateralen GaN-Technologien und -Geräten, um die beste Leistungsdichte und -effizienz ihrer Klasse zu erreichen und gleichzeitig die Kosten und die Leistung zu optimieren,
Dadurch wird die Leistung von GaN auf Silizium-HF nahe an GaN auf Siliziumkarbid herangeführt und ein kostengünstiger 5G-Rollout ermöglicht,
Überschreitung der Verpackungsgrenzen - Größe, elektrische und thermische Einschränkungen - für leistungsstarke GaN-Stromerzeugnisse,
Schließen Sie die Lücke zwischen Zuverlässigkeit und Fehlerdichte für die meisten innovativen GaN-Geräte,
Demonstration der europäischen Führungsrolle in den Bereichen Hochleistungselektronik und HF-Anwendungen.
Die ersten drei Ziele sind GaN-Technologie, die darauf abzielt, die Grenzen durch alternative Geräte- und Prozesskonzepte zu erkunden. Das vierte Ziel wird der Tatsache Rechnung tragen, dass die hervorragende Halbleiterleistung von GaN nur dann genutzt werden kann, wenn Montage/Gehäuse, Verbindungen und verbessertes Wärmemanagement in einem ganzheitlichen Ansatz optimiert werden. Die Gehäuse, die die einzigartige Leistung von Hochleistungs-GaN-Bauelementen voll ausschöpfen, sind heute noch nicht fertig und bedürfen daher weiterer Untersuchungen.
Die Bildung von Kristalldefekten, insbesondere an der GaN auf der Si-Schnittstelle, ist eines der größten Hindernisse für die Ausbeute und Zuverlässigkeit konkurrierender Si-basierter Technologien. Daher ist ein weiteres Hauptziel von UltimateGaN die Vermeidung dieser Defekte in der nächsten Generation von GaN auf Si-Bauelementen.
Die Forschungsergebnisse aus den Technologie- und Verpackungszielen werden im Rahmen des letzten Ziels, das sich mit anspruchsvollen Anwendungsfeldern für diese Hochleistungsgeräte befasst, genutzt und demonstriert. Unter anderem sind diese Anwendungsbereiche:
Extrem effiziente Server-Stromversorgung für einen geringeren Energieverbrauch in Rechenzentren (5G: Digitalisierungs-Backbone),
Benchmarking von Photovoltaik-Wechselrichtern in Bezug auf Effizienz und Größe zur Förderung der Nutzung erneuerbarer Energien (Smart Grids: Energy Backbone),
Preiswerte 5G-Verstärker bis zur mm-Welle ermöglichen einen schnelleren 5G-Rollout (5G: Digitalisierungs-Backbone),
GaN-fähige, ultraschnell schaltende LIDAR-Anwendung für autonomes Fahren (Smart Mobility),
Höchster Wirkungsgrad μ-Netz-Wandler und On-Board-Ladegeräte (Smart Grids; Smart Mobility).
Das Projekt UltimateGaN wird höchste Effizienz in den spezifischen Bereichen der ausgewählten Anwendungen ermöglichen und zu einer signifikanten Reduzierung des CO2-Fußabdrucks durch Digitalisierung, intelligente Netze und intelligente Mobilität führen. Um die Rolle Europas in der Zukunft des GaN-Geschäfts zu stärken, müssen erhebliche Anstrengungen unternommen werden, um erschwingliche GaN auf Si-Transistoren der nächsten Generation zu erreichen. Da auch US-amerikanische und asiatische Unternehmen stark in diese Richtung investieren, ist es für Europa von größter Bedeutung, den Fortschritt in Richtung der nächsten Technologiegenerationen zu beschleunigen.
Teilnehmer: Österreich - Österreich Technologie & Systemtechnik AG, Infineon Technologies Österreich
AG, Fronius International GmbH, CTR Carinthian Tech Research AG, Technische Universität Graz |
Belgien - IMEC | Deutschland - AIXTRON SE, Infineon Technologies AG, Siltronic AG, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH, Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Technische Universität Chemnitz, NaMLab GmbH | Italien - Università degli studi di Padova, Infineon Technologies Italia, Universita di Milano Bicocca | Norwegen - Eltek AS | Slowakei - Slowakische Technische Universität in Bratislava, Nano Design SRO | Schweiz - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL, Attolight SA | Spanien - IKERLAN, For Optimal Renewable Energy, LEAR | Schweden - RISE Research Institutes of Sweden AB, SweGaN AB
Gefördert durch das Programm ECSEL JU (Electronic Component Systems for European Leadership Joint Undertaking) der Europäischen Union und kofinanziert durch die FFG (The Austrian Research Promotion Agency).
Video: UltimateGaN Project
TRANSFORM ist ein von der EU und nationalen Förderbehörden finanziertes Forschungs- und Entwicklungsprojekt. Im Rahmen dieses Projekts soll eine vollständige und wettbewerbsfähige europäische Lieferkette für Leistungselektronik auf Basis der SiC-Halbleitertechnologie von Substraten bis hin zu Energiewandlern wie Transistoren bzw. Module aufgebaut werden. Sie soll als Versorgungsquelle für Siliziumkarbid-Komponenten und -Systemen in Europa dienen.
Eine solche Lieferkette leistet darüber hinaus einen wichtigen Beitrag für eine ganzheitliche Optimierung leistungselektronischer Systeme, die für eine saubere und nachhaltige europäische Ökonomie erforderlich sind. Damit soll TRANSFORM dazu beitragen, dass Europa führend in der SiC-Technologie wird – einschließlich Gerätetechnologie und Anwendung nicht nur auf den derzeitigen 150 mm-Wafern, sondern auch den Wafern der nächsten Generation mit einer Größe von 200 mm. Dazu soll die Siliziumkarbid-Technologie der nächsten Generation entwickelt werden.
Die SiC-Technologie bietet vor allem Energieeinsparungen in Anwendungen aus den Bereichen erneuerbare Energien, Industrie und Elektromobilität. Siliziumkarbid-basierte Leistungselektronik nutzt elektrische Energie deutlich effizienter als derzeitige silizium-basierte Bauelemente: Je nach Anwendung werden Einsparungen bis zu 30% erwartet.
Das Projekt umschließt auch die Entwicklung zentraler Anlagen wie produktionserprobte CVD-Abscheidesysteme (Chemical Vapour Deposition) mit hoher Ausbeute. Die beteiligten Anlagenhersteller entwickeln und optimieren dabei auch Prozesse und Gerätedesign zur Nutzung eines neuen Substratherstellungsverfahrens einschließlich der Anpassung von planarMOS- und der Entwicklung der neuen TrenchMOS-Technologie. Für SiC-Substrate soll ein neuer globaler Substratstandard „Smart Cut“ etabliert werden. Die Smart-Cut-Technologie ermöglicht hohe Skalierbarkeit, überlegene Leistung und Zuverlässigkeit.
Verbesserung der CVD-Anlagentechnologie für Siliziumkarbid (SiC)
Entwicklung einer Technologie zur gleichzeitigen CVD-Beschichtung von mehreren 200 mm-SiC-Substraten
CVD-Anlagentechnologie für Smart Cut SiC-Substrate
Vertiefung des Verständnisses der limitierenden und kostentreibenden Effekte bei der SiC/CVD-Technologie, der Korrelation der Bauelementeigenschaften mit der Epitaxie und das Verständnis und die Kontrolle der Schichteigenschaften und deren Verteilung über die gesamte Wafer-Fläche
Das Projekt TRANSFORM wird von der Europäischen Kommission (Kennzeichen 101007237) und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (Kennzeichen 16MEE0131) gefördert.
Weitere Informationen:
AIXTRON Pressemitteilung
TRANSFORM-Website
Corporate Research & Development
Prof. Dr. Michael Heuken
Vice President Advanced Technologies
Alan Tai
Taiwan/Singapore
Christof Sommerhalter
USA
Christian Geng
Europe
Hisatoshi Hagiwara
Japan
Nam Kyu Lee
South Korea
Wei (William) Song
China
AIXTRON SE (Headquarters)
AIXTRON 24/7 Technical Support Line
AIXTRON Europe
AIXTRON Ltd (UK)
AIXTRON K.K. (Japan)
AIXTRON Korea Co., Ltd.
AIXTRON Taiwan Co., Ltd. (Main Office)
AIXTRON Inc. (USA)
Christoph Pütz
Senior Manager ESG & Sustainability
Christian Ludwig
Vice President Investor Relations & Corporate Communications
Ralf Penner
Senior IR Manager
Prof. Dr. Michael Heuken
Vice President Advanced Technologies
Christian Ludwig
Vice President Investor Relations & Corporate Communications
