Die Systeme und Komponenten müssen immer höhere Leistungsanforderungen erfüllen, aber auch mit den weiteren industriellen Prozessen in der Halbleiterindustrie kompatibel sein und den neuesten technologischen Standards entsprechen. Einfache und schnelle Integration, ein breites Anwendungsspektrum und Kosteneffizienz sind dabei wichtige Parameter. Das Fraunhofer IPMS arbeitet an innovativen Lösungen im Bereich der Speichertechnologien, der Sensoren und Aktoren sowie der MEMS-Systeme. Mit seinem umfassenden Leistungsangebot und der intensiven Zusammenarbeit mit Chipherstellern, Systemherstellern und Zulieferern ermöglicht das Institut einen schnellen Transfer von Ergebnissen und Technologien.

Neue Rechnerarchitekturen und innovative Speicher für die nächste Generation von Computern

Jeden Tag generieren wir eine wachsende Menge an Daten. Um diese zu bewältigen, werden neue Technologien benötigt, die es ermöglichen, diese Informationen schnell zu speichern und zu verarbeiten. Vor diesem Hintergrund forscht das Fraunhofer IPMS an der nächsten Generation von Computern. In Projekten mit internationalen Partnern, wie „QSolid“, „Qu-Pilot“ oder „QUASAR“, arbeitet das Institut an der Herstellung von Qubits und dem Bau und der Architektur von Quantencomputern. Im Mittelpunkt der Forschung stehen die industriegerechte Skalierbarkeit der Elektronik, optimierte Materialien, Prozesse und Steuerungstechnologien im Hinblick auf ihre CMOS-Kompatibilität.

Nichtflüchtige Speicherlösungen (NVM) werden für die moderne Datenverarbeitung immer wichtiger, da sie leistungsfähiger, kostengünstiger und energieeffizienter sind. Das Fraunhofer IPMS kann auf mehr als zehn Jahre Erfahrung in der Entwicklung von MRAM, RRAM und ferroelektrischen Technologien zurückblicken. Besonders hervorzuheben sind die auf Hafniumoxid basierenden ferroelektrischen Speicher, die sich nahtlos in fortschrittliche CMOS-Technologien integrieren lassen und deutlich mehr Leistung bei geringeren Kosten bieten. Eine weitere vielversprechende energiesparende und gleichzeitig leistungsstarke Technologie ist das In-Memory-Computing. Hier werden die Daten direkt am Entstehungsort, also in den Speicherarrays, verarbeitet.

Die Forschungsleistungen des Fraunhofer IPMS in diesem Bereich umfassen die Entwicklung von Systemdesigns, Schaltungsentwürfen und Integrationskonzepten sowie die Materialforschung und -charakterisierung bis in den Megabyte-Bereich. Mit der Implementierung von Materialien in Produktionslinien mittels Waferloops kann ein direkter Transfer in bestehende Technologieknoten gewährleistet werden.

Anwendungsorientierte MEMS, MOEMS und Mikrodisplays auf 200-mm-Siliziumwafern

In zwei hochmodernen 200-mm-Reinräumen entwickelt das Fraunhofer IPMS MEMS-, MOEMS- und Mikrodisplay-Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette: von Einzelprozessen und Technologiemodulen über die Pilotproduktion bis hin zur Unterstützung des Technologietransfers und der Lizenzierung. Damit deckt das Institut die technologischen Reifegrade von 3 bis 7 ab. Start-ups, KMUs und Unternehmen ohne eigene Fabs profitieren durch das Full-Service-Angebot von niedrigen Investitionskosten. Um insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen den Einstieg zu erleichtern, bietet das Institut für alle Entwicklungen auch Evaluierungskits an. Dabei handelt es sich um fertige Aufbauten, mit denen die Kunden die Technologien des Fraunhofer IPMS direkt in ihrer eigenen Anwendung testen können.

In den 200-mm-Reinräumen des Instituts werden innovative Komponenten wie Sensoren, Aktoren und Mikrodisplays weiterentwickelt. Letztere haben kürzlich eine Transparenz von 45% erreicht. Die Mikrodisplays sind aufgrund ihrer sehr hohen Auflösung und ihres technologischen Niveaus ideal für Virtual-Reality-, Augmented-Reality- und Mixed-Reality-Anwendungen in der industriellen Produktion oder der Medizintechnik.

Enge Verbindungen zur Halbleiterindustrie

Um den Übergang vom Labor in die praktische Anwendung zu beschleunigen, bietet das Fraunhofer IPMS ein starkes Netzwerk und eine enge Zusammenarbeit mit der Industrie. Damit wird gleichzeitig die technologische Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands gefördert. Kürzlich feierte das Institut 10 Jahre Zusammenarbeit mit BASF auf dem Gebiet neuer Materialien für Mikrochips. Auch GlobalFoundries ist seit vielen Jahren ein enger Partner in der Prozessentwicklung, ebenso wie Bosch. Die langjährige Partnerschaft mit Bosch konzentriert sich auf die Entwicklung der MEMS-Technologie, zum Beispiel bei der Entwicklung von Mikrolautsprechern. Darüber hinaus betreibt das Institut mit Applied Materials ein Metrologiezentrum. In der Screening Fab am Center Nanoelectronic Technologies (CNT) können Materialien, Prozesse und Maschinen unter industriellen Bedingungen, nach ISO 9001 und auf Ultra-Large-Scale-Integration-Level (ULSI) evaluiert werden.

Kunden, Chip- und Gerätehersteller, Zulieferer und andere F&E-Partner haben auch Zugang zu Dienstleistungen auf 200-mm- und 300-mm-Wafern. Die Dienstleistungen reichen von der Atomlagenabscheidung, dem chemisch-mechanischen Polieren, der Wafer-Metallisierung und der Wafer-Reinigung bis hin zu Metrologie und Nanostrukturierung.

Zunehmende Bedeutung der Nachhaltigkeit

Die nachhaltige Mikroelektronik rückt zunehmend in den Mittelpunkt moderner Entwicklungen, um den ökologischen Herausforderungen der Branche zu begegnen. Durch den Einsatz ressourcenschonender Materialien und energieeffizienter Fertigungsprozesse kann der CO2-Fußabdruck minimiert werden. Das Fraunhofer IPMS ist an einer Reihe von Projekten beteiligt, darunter das Kompetenzzentrum „Green ICT @ FMD“ der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland. Hauptziel ist es, alternative und umweltfreundlichere Materialien oder Prozesse zu finden und zu bewerten und den Energie- und Materialverbrauch in der Produktion deutlich zu reduzieren. Damit kann eine zukunftsfähige Mikroelektronik entwickelt werden, die den Anforderungen der Nachhaltigkeit gerecht wird und gleichzeitig die technologische Wettbewerbsfähigkeit stärkt.

Gebündelte Kompetenz auf der Semicon Europa

Das Fraunhofer IPMS präsentiert seine neuesten Forschungsergebnisse und technischen Möglichkeiten auf der „Semicon Europa“ vom 12. bis 15. November in München. Besucher haben die Möglichkeit, am Gemeinschaftsstand von Silicon Saxony in Halle C1 #419/33 mit den Forschern ins Gespräch zu kommen. Termine können im Vorfeld über die Website des Fraunhofer IPMS vereinbart werden. Am Stand können sie auch mit Experten des Fraunhofer ENAS, des Fraunhofer IZM-ASSID und des Leibniz-Instituts für innovative Mikroelektronik (IHP) - allesamt Teil der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) - sprechen.