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Zusammen mit der DIVE Imaging Systems GmbH arbeiten wir im GreenICT Space des Kompetenzzentrums GreenICT@FMD an der Einführung hyperspektraler Bildverarbeitungstechnologie als Screening-Tool für die Halbleiterproduktion. Ziel ist es, Produktionsprozesse effizienter und nachhaltiger zu gestalten, indem Fehler frühzeitig erkannt und Ressourcen geschont werden. Dies verbessert nicht nur die Umweltverträglichkeit, sondern senkt auch die Kosten der Halbleiterfertigung. Das Projekt zeigt, wie durch innovative Technologien und Kooperationen nachhaltige Lösungen in der Mikroelektronik realisiert werden können.

Ziel ist die Entwicklung energieeffizienter Chips für digitale, analoge und Hochfrequenzanwendungen. Die FAMES-Pilotlinie wird dabei fünf neue Technologien vorantreiben: FD-SOI mit zwei neuen Nodes bei 10nm und 7nm, verschiedene Arten eingebetteter nichtflüchtiger Speicher wie OxRAM, FeRAM, MRAM und FeFETs, sowie Hochfrequenzkomponenten wie Schalter, Filter und Kondensatoren. Zudem werden zwei 3D-Integrationsoptionen – heterogene und sequentielle Integration – entwickelt, ergänzt durch kleine Induktoren zur Herstellung von DC-DC-Wandlern für integrierte Stromversorgungsschaltungen (PMIC).

Die Forschung zielt auf die Entwicklung ressourcenschonender Prozesse in der Sensortechnologie, insbesondere bei ISFETs für pH-Sensoren. Tantal, ein teures und kritisches Material, wird häufig in der Hochleistungs-pH-Messtechnik eingesetzt. Alternativen bieten oft eine ausreichende Leistung bei geringeren Kosten und Energieeinsparungen in der Verarbeitung.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der ressourcenschonenden Charakterisierung und Integration von ISFETs, wobei herkömmliche Bondverfahren und Materialien wie Palladium- oder Silber-Legierungen vermieden werden sollen. Für die Sensorfunktionalisierung werden neue Methoden entwickelt, die Materialverluste minimieren. Statt flächiger Beschichtungen, bei denen mehr als 99 % des Materials verloren gehen, wird die direkte Strukturierung auf Waferlevel mittels Mikrofeindispensen angestrebt. Dies reduziert den Materialverbrauch, spart reaktive und toxische Stoffe ein, verringert die gesundheitlichen Risiken für die Mitarbeitenden und schont die Umwelt.

Die zunehmende Digitalisierung stellt wachsende Anforderungen an elektronische Hardware in Anwendungen wie Industrie 4.0, Smart Cities oder autonomes Fahren. Geschwindigkeit, Miniaturisierung und Energieeffizienz sind Schlüsselfaktoren, insbesondere in datenintensiven Bereichen wie Big Data-Analysen und Künstlicher Intelligenz (KI). Ein innovativer Ansatz zur Bewältigung dieser Herausforderungen ist das Neuromorphic Computing. Diese Technologie imitiert die selbstorganisierende und lernfähige Funktionsweise des menschlichen Gehirns und ermöglicht damit hochleistungsfähige und gleichzeitig energieeffiziente Anwendungen.

Das Fraunhofer IPMS entwickelt dafür spezialisierte Materialien, Technologien und komplette Hardware-Lösungen, die besonders für den Einsatz im Edge-Bereich optimiert sind – beispielsweise in intelligenten Sensoren und dezentralen Systemen, die eigenständig Daten verarbeiten und Entscheidungen treffen können.