Fraunhofer IPMS Webinare

Durch Analyse mit Hilfe von kompakten Systemen zur chemischen Sensorik, die auf einem MEMS Ionenmobilitätsspektrometer basieren, können Verfahren zum Schnelltest bereitgestellt werden. Optische Sensorik für die mobile Point-of-Care-Diagnostik nutzt optimierte Bauelemente wie Mikroringresonatoren mit funktionalisierter Oberfläche. Durch das Andocken von Antikörpern an der Oberfläche ändern sich die optischen Eigenschaften dieser Bauelemente, so dass diese für die Detektion mit hoher Sensitivität und hohem Durchsatz geeignet sind. Neben der Bauelemente- und Systementwicklung sind auch das Design der Oberflächen sowie deren Charakterisierung Teil der Arbeiten.

In Kooperation werden Thermopile-Arrays am IPMS iterativ entwickelt und gefertigt. Die drei Partner, bestehend aus Heimann Sensor als Produktentwickler, XFAB als CMOS-Lieferant und dem IPMS als Technologiepartner für den Backend-Bereich, arbeiten derzeit an einem Projekt, das zu einer weiteren Verbesserung der Pixelgröße und in direkter Folge zu einer höheren Pixeldichte bei gleichbleibender Arraygröße und damit zu einer Optimierung der Auflösung führen wird. Das IPMS ist in erster Linie für die Hartmaske, die Isolationsstrukturen und die Absorberstrukturen verantwortlich und übergibt diese Bauteile zur Endbearbeitung an Heimann Sensor zur Realisierung von Pixelarrays mit Auflösungen bis zu 120x84. Die Fertigung bestehender Bauteilgenerationen findet kontinuierlich statt.

Heute sind Daten das Lebensblut, das viele Industrien stört. Die überwiegende Mehrheit dieser Daten wird in Form von nichtflüchtigen magnetischen Bits in Festplattenlaufwerken gespeichert. Diese Technologie wurde vor mehr als einem halben Jahrhundert entwickelt und hat grundlegende Skalierungsgrenzen erreicht, die eine weitere Erhöhung der Speicherkapazität verhindern. Neue Ansätze sind erforderlich. Im Webinar werden FRAM (Ferroelectric Random Acces Memory) und MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) als zwei vielversprechende Konzepte für zukünftige Speichertechnologien mit ultraniedriger Leistungsaufnahme vorgestellt. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Materialentwicklung und der Herstellung auf modernsten industriellen Anlagen für 300-mm-Wafer. 

Die neuromorphe Computertechnologie ist eine vom Gehirn inspirierte Sensor- und Verarbeitungshardware für eine effizientere und anpassungsfähigere Datenverarbeitung. Sie verspricht eine energieeffiziente Umsetzung der menschlichen Kognition, z. B. Interpretation und autonome Anpassung. Obwohl die Kommunikationswege im Gehirn und in anderen neuronalen Systemen nicht direkt in elektronische Schaltungen übersetzt werden können, bilden diese mathematischen Modelle die Grundlage für die Umsetzung. Derzeit werden verschiedene Hardware-Realisierungen diskutiert, z. B. analoge/digitale CMOS-Schaltungen mit gemischten Signalen, asynchrone ereignisbasierte Kommunikations- und Verarbeitungsschemata sowie memristive, Phasenwechsel-, ferroelektrische oder spintronische Bauelemente und andere Nanotechnologien. In diesem Tutorium werden wir diese Realisierungen vorstellen und die Vorzüge und Herausforderungen diskutieren, um das Ziel einer effizienten neuromorphen Computerhardware für Edge-Intelligence-Systeme zu erreichen. 

Flächenlichmodulatoren (SLM) spielen eine zentrale Rolle in verschiedenen Anwendungsbereichen wie z. B. Bildprojektion, Wellenfrontkontrolle und Lichtstrahlsteuerung. Es gibt sowohl Flüssigkristall- als auch MEMS-basierte Modulatortypen. Das Webinar präsentiert drei verschiedene Vorträge von SLM-Experten, die sich mit verschiedenen komplementären SLM-Varianten befassen. Besonderes Augenmerk wird auf die Perspektive des Einsatzes von SLMs für computergenerierte Holografieanwendungen gelegt, bis hin zu echten holografischen 3D-Displays ohne negative physiologische Nebenwirkungen. Der Einführungsvortrag wird von einem herausragenden und bekannten Experten für Augmented, Virtual und Mixed Reality Displays gehalten. 

In Deutschland arbeitet unter anderem ein Konsortium aus 19 europäischen Partnern mit komplementären Fähigkeiten im Bereich Quantentechnologie im Projekt QLSI (Quantum Large-Scale Integration with Silicon). Hier wird eine skalierbare Technologie für Silizium-Qubits für Quantencomputer erforscht. Innerhalb von vier Jahren soll ein 16-Qubit-Chip entwickelt und damit der Grundstein für die industrielle Umsetzung von Halbleiter-Quantenprozessoren in Europa gelegt werden.  (Quelle: Silicon Saxony - 8. Digital Happy Hour zum Thema Quantentechnologie) 

Das Fraunhofer IPMS betreibt mit dem Center Nanoelectronic Technologies (CNT) angewandte Forschung auf 300-mm-Wafern für Mikrochipproduzenten, Zulieferer, Equipmenthersteller und R&D Partner. Wir bieten im Bereich FEoL und BEoL folgende Technologieentwicklungen und Services auf Ultra Large Scale Integration-Level (ULSI) an. Wir bieten in diesem Webinar eine kurze Einführung über unsere Leistungen und geben einen Ausblick über die Forschungsfelder der nächsten Jahre in diesem Bereich.

Quantencomputer haben das Potenzial, die Grenzen herkömmlicher Rechensysteme um ein Vielfaches zu überschreiten. In seinem Vortrag geht es speziell um Hardware für Quantencomputing. Weiterhin beschäftigen wir uns mit der Frage skalierbarer Technologien für Halbleiter-Qubits. Diese Aufzeichnung entstandt im Rahmen der Fraunhofer Solution Days 2021.

In diesem Vortrag wird Marcus Pietzsch, Gruppenleiter für IP Cores und ASICs am Fraunhofer IPMS, das Projekt „Silhouette“ vorstellen. Dabei geht es um den Schutz von sensiblen Daten vor einer missbräuchlichen Nutzung durch Dritte. Ziel des Konsortiums ist es, siliziumbasierte photonische Technologien für Sicherheitslösungen für offene Prozessorsysteme als standardisierte, modulare Plattformlösung zugänglich zu machen. Erfahren Sie mehr über vertrauenswürdige elektronischen Bauelemente und deren Herstellung. Diese Aufzeichnung entstandt im Rahmen der Fraunhofer Solution Days 2021. 

Um Elektronik sicher und zuverlässig einzusetzen, muss man nachvollziehen können, woher sie kommt, was sie macht und wie sie aufgebaut ist. Fritz Herrmann wird in diesem Beitrag das Gemeinschaftsprojekt "Velektronik" (vertrauenswürdige Elektronik) vorstellen, in dem eine sichere Wertschöpfungskette für die Mikroelektronik aufgebaut werden soll. In einer anschließenden Podiumsdiskussion wird er gemeinsam mit anderen Mitgliedern des Projekts und mit Ihnen darüber sprechen, wie Deutschland und Europa durch die enge Zusammenarbeit von Forschung und Industrie eine führende Rolle im Bereich vertrauenswürdige Elektronik einnehmen kann. Diese Aufzeichnung entstandt im Rahmen der Fraunhofer Solution Days 2021.

Viele Überwachungs-, Messungs- und Charakterisierungsaufgaben in der Industrie basieren heutzutage auf klassischen Ultraschallsensoren. Mikromechanische Ultraschall-Wandler (MUT) stellen dabei eine innovative und effektive Weiterentwicklung dar, die durch ihre kompakte Bauweise und ihre Leistungseffizienz neue Anwendungsbereiche erschließen können. Die Investitionskosten für die Entwicklung solcher MUTs sind für viele kleine und mittelständische Unternehmen (KMUs) jedoch zu hoch. Daher entwickeln drei Fraunhofer-Institute gemeinsam eine Anwendungsplattform, welche auch KMUs den Einsatz von MUTs ermöglicht. Dabei sollen in Kooperation mit Industriepartnern verschiedene mikromechanische Bauelemente und Pilotprodukte entwickelt werden. In einem ersten Schritt finden dazu ab Juli Workshops statt, um die gute Integrierbarkeit von MUTs in bereits bestehende Systeme aufzuzeigen.

Forschen im Verbund um gemeinsame Technologieplattformen für den Transfer in die Anwendungen bei Industriepartnern zu entwickeln – das ist die Aufgabe des Leistungszentrums „Funktionsintegration für die Mikro- und Nanoelektronik“. Im LZ Mikro/Nano arbeiten die Fraunhofer-Institute IPMS, IIS/EAS und IZM-ASSID in Dresden gemeinsam mit dem Fraunhofer ENAS in Chemnitz und Instituten der TU Dresden, TU Chemnitz und HTW Dresden an der Entwicklung neuer Technologien für die Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik. 

Die medizinische Diagnose hängt stark von innovativen Methoden der biomedizinischen Bildgebung ab. Neue Systemkonzepte, die miniaturisierte optische MEMS-Komponenten, wie z. B. Scannerspiegel und räumliche Lichtmodulatoren, mit neuen Methoden zur Realisierung passiver Mikrooptiken kombinieren, ermöglichen eine Vielzahl unterschiedlicher neuer biomedizinischer Produkte. In diesem Webinar werden die technische Realisierung dieser Systeme sowie ihre biomedizinischen Anwendungen näher beschrieben.

Das Fraunhofer IPMS entwickelt für seine Kunden Produkte und Technologien im Bereich der mikroelektromechanischen Systeme (MEMS) und der mikro-opto-elektro-mechanischen Systeme (MOEMS). Unsere Fähigkeiten umfassen den gesamten Entwicklungsbogen für MEMS- und MOEMS-Produkte und -Technologien. Auf Wunsch übernehmen wir die Pilot- und Kleinserienfertigung im eigenen Haus oder unterstützen den Technologietransfer zu einer Einrichtung nach Wahl des Kunden. Dabei nutzen wir unsere bestehenden technologischen Fähigkeiten für Bulk-MEMS, Surface-MEMS und die monolithische Integration von CMOS und MEMS/MOEMS. Unsere Arbeit wird in einem hochmodernen MEMS-Reinraum durchgeführt, der 200-mm-Wafer verarbeiten kann. Das Webinar wird technische Einblicke in unsere MEMS-Technologien und Anwendungen für den Markt geben.

Die Technologie der Mensch-Maschine-Schnittstelle gewinnt zunehmend an Bedeutung, da die allgegenwärtige Technologie immer mehr in Richtung der Forderung nach einer Entkopplung des vollen Bewusstseins vom Benutzererlebnis geht. Ein prominentes Beispiel sind Hearables, die auf eine Audioschnittstelle angewiesen sind, ohne die visuellen oder taktilen Sinne zu blockieren. Andere Anwendungen erfordern aus unterschiedlichen Gründen "Stille", wobei das Bedürfnis nach komfortabler Bedienung und einfacher Nutzung bestehen bleibt. Die Gestenerkennung wird dann eine Schlüsselrolle bei der Erkennung von Benutzereingaben für verschiedene Technologien spielen, ohne dass ein direkter Kontakt oder präzise gezielte oder zeitlich abgestimmte (Inter-)Aktionen erforderlich sind. MEMS-basierte Ultraschallwandler ermöglichen Gestenerkennungssysteme, die zu einem niedrigen Stückpreis für hohe Stückzahlen produziert werden können und damit genauso verfügbar werden, wie es in der Vergangenheit mit Inertialsensoren der Fall war. Das Fraunhofer IPMS hat mit der NEDMUT-Technologie einen Ultraschallwandler für Gestenerkennungsanwendungen entwickelt, der die Vorteile der MEMS-Welt mit den Bedürfnissen moderner Technologieanwender vereint. 

Autonome Fahrzeuge sind eines der aussichtsreichsten Marktsegmente der Zukunft. In diesem Zusammenhang sind Sensorsysteme unverzichtbar, um Hindernisse, wie andere Fahrzeuge oder Fußgänger, in der Umgebung des Fahrzeugs zu erkennen. Solche Systeme müssen sicher, robust, kompakt und kostengünstig sein, um möglichst das gesamte Marktsegment abzudecken. Aktuelle Umgebungssensoren basieren meist auf traditionellen elektronischen Komponenten. 

In diesem Webinar wird das Potenzial von Mikrosystemen für die Innovation in autonomen Fahrzeugen aufgezeigt. Ein Anwendungsfeld ist LiDAR (Light Detection And Ranging), die Zukunftstechnologie zur Messung der Entfernung zu einem Objekt durch Beleuchten dieses Objekts mit Laserlicht, die dazu dient, die Umgebung präzise zu digitalisieren und die Fahrzeuge sicher in dieser Umgebung zu navigieren. Derzeit eingesetzte LiDAR-Systeme basieren auf mechanischen makroskopischen Spiegelsystemen und sind extrem groß und preisintensiv. Solid-State-LiDAR-Systeme (SSL) sollen zu erheblichen Kostensenkungen führen; sie sind auf Basis von Mikrosystemen kleiner, günstiger und robuster als rein mechanische LiDARs.

Gesundheit ist ein hohes Gut – ein wichtiges Anwendungsfeld der photonischen Mikrosysteme des Fraunhofer IPMS sind daher Technologien für die verbesserte Prävention, Diagnostik und Therapie im medizinischen Bereich. Denn die Lebenserwartung steigt weltweit und damit die Zahl der chronischen Krankheiten. Auch das Gesundheitsbewusstsein wächst und der Bedarf nach innovativer Prävention und Diagnostik nimmt zu. MEMS-Technologien können in der Vorsorge eingesetzt werden, etwa um Inhaltsstoffe von Lebensmitteln zu detektieren oder Krankheiten bereits im Anfangsstadium zu diagnostizieren dank neuester visueller Bildgebungsverfahren. Darüber hinaus ermöglichen mikromechanische Bauelemente neuartige Therapieformen und die gezielte Dosierung von Medikamenten. 

Das Fraunhofer IPMS bringt das Konzept des CMUT auf den Markt. Diesmal stellen wir das Prinzip, die Vorteile und Anwendungen dieser Technologie in einem Webinar vor. Marcel Krenkel aus unserem Geschäftsfeld Ultraschallkomponenten spricht über die hauseigene Erfolgsgeschichte und den Entwicklungsprozess von CMUT-Geräten von der Beratung und Modellierung bis hin zur Fertigung und Charakterisierung.

Weitere Anwendungen und aktuell laufende Forschungsaktivitäten werden gezeigt, um die kommenden Trends und die Verbesserung aktueller MEMS-basierter Ultraschallgeräte zu verdeutlichen.

In diesem Webinar werden Anwendungsfelder und Forschungsthemen der FeFET-Speichertechnologie diskutiert. Der erste Teil gibt einen Einblick in den Schaltmechanismus und die Besonderheiten von HfO₂ - basierten ferroelektrischen Speichern. Danach werden Ergebnisse basierend auf der Forschungsplattform des Fraunhofer IPMS für FeFET-Speicher diskutiert. 

Abschließend werden mögliche Integrationsmöglichkeiten von FeFET-Speichern diskutiert und Vor- sowie Nachteile aufgezeigt.

In autonomen Fahrzeugen ist der Mensch nur noch Mitfahrer. Das Auto steuert selbständig und erkennt Hindernisse und Gefahren. Damit das Fahrzeug seine Umwelt erkennen kann, ersetzen optische Sensoren das Auge des Fahrers. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden entwickelt Mikroscannerspiegel (MEMS-Scanner), die ihre Umgebung zuverlässig und störungsfrei wahrnehmen können und gleichzeitig klein und integrierbar sind.

Die Vision eines sicheren autonomen Fahrens rückt damit in greifbare Nähe. Damit das Fahrzeug seine Umwelt erkennen kann, kommen LiDAR- Sensoren zum Einsatz, die das Auge des Fahrers ersetzen. LiDAR bedeutet Light Detection and Ranging und ermöglicht die Entfernungsmessung zwischen Objekt und Fahrzeug. Das Prinzip beruht auf Lasersignalen, die in die Umgebung gesendet werden und  deren Reflexion analysiert wird.

Die am Fraunhofer IPMS entwickelten räumlichen Lichtmodulatoren bestehen aus Arrays von Mikrospiegeln auf Halbleiterchips, wobei die Anzahl der Spiegel je nach Anwendung von einigen hundert bis zu mehreren Millionen variiert. Dies erfordert in den meisten Fällen eine hochintegrierte anwendungsspezifische elektronische Schaltung (ASIC) als Basis für die Bauteilarchitektur, um eine individuelle analoge Auslenkung jedes Mikrospiegels zu ermöglichen. Darüber hinaus entwickelt das Fraunhofer IPMS die Elektronik und Software zur Steuerung des Spiegelarrays. Die einzelnen Spiegel können je nach Anwendung gekippt oder vertikal ausgelenkt werden, so dass ein Oberflächenmuster entsteht, um zum Beispiel definierte Strukturen abzubilden. Hochauflösende Kippspiegelarrays mit bis zu 2,2 Millionen Einzelspiegeln werden von unseren Kunden als hochdynamische programmierbare Masken für die optische Mikrolithographie im ultravioletten Spektralbereich eingesetzt. Die Spiegelabmessungen sind 10 μm oder größer. Durch Kippen der Mikrospiegel wird die Strukturinformation mit hoher Bildrate auf einen hochauflösenden Fotoresist übertragen. Weitere Einsatzgebiete sind die Halbleiterinspektion und Messtechnik sowie perspektivisch Laserdruck, Markierung und Materialbearbeitung.

Mikropumpen halten zunehmend Einzug in weite Bereiche der Medizintechnik. Zum Beispiel für die Herstellung von biopharmazeutischen Proteinen, Protein-Engineering, Wirkstoff-Screening und Lab-on-a-Chip-Systeme. Auch für die Point-of-Care-Diagnostik und Medikamentendosierung sind Mikropumpen eine Schlüsselkomponente. Im Vergleich zu konventionellen Pumpen haben Mikropumpen eine wesentlich kleinere Dimension. Gleichzeitig werden neue Antriebslösungen benötigt, um die geforderte Pumpleistung bei kleinen Abmessungen und geringem Energieverbrauch zu erreichen.

Li-Fi, also Light Fidelity ist eine Technologie zur drahtlosen Datenübertragung mittels Licht. Das Prinzip ist einfach. Ein Modulator am Sender schaltet eine Leuchtdiode, kurz LED, sehr schnell ein und aus, so dass es das menschliche Auge nicht wahrnimmt. Eine Fotodiode am Empfänger nimmt das Licht auf und wandelt es in elektrische Impulse um. Voraussetzung dafür ist der direkte Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger.

Im Vergleich zu anderen drahtlosen Kommunikationsstandards bietet Li-Fi deutliche Vorteile wie eine schnelle drahtlose Datenübertragung,  echtzeitfähige Kommunikation, hohe Datensicherheit aufgrund nötiger Sichtverbindung sowie Interferenzfreiheit.

Das Fraunhofer IPMS ist international führender Forschungs- und Entwicklungsdienstleister für elektronische und photonische Mikrosysteme in den Anwendungsfeldern Intelligente Industrielösungen, Medizintechnik und Gesundheit sowie Verbesserte Lebensqualität. In allen großen Märkten finden sich innovative Produkte, die auf am IPMS entwickelten Technologien basieren. Wie wir mit unserer Forschung u.a. die Grundlage für die Digitalisierung bilden, wollen wir Ihnen am erstmals bundesweiten Digitaltag näherbringen. Unter dem Motto „Am Fraunhofer IPMS entwickelte Mikroelektronik als Grundlage für die Digitalisierung“ war unser Institut mit einer Bandbreite an Online-Formaten vertreten.