MST: ForLab HELIOS

ForLab HELIOS

Ob intelligente Implantate und Sensoren, neuromorphe Mikrochips für Sprach- und Mustererkennung oder neuartige optische Signalverarbeitungs- und Kryptografieverfahren in der Datensicherheit: Die Co-Integration von Mikroelektronik und Photonik erschließt neuartige Anwendungsfelder mit großer Querschnitts- und Breitenwirkung in der Medizintechnik, Messtechnik und bei der optischen Datenübertragung und Signalverarbeitung bis hin zu optischen Computern.

In der forschungsintensiven Mikroelektronik stellen Hochschulen einen zentralen Innovationsfaktor dar. Im Rahmen der Hightech Strategie 2025 stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) deutschlandweit insgesamt 50 Millionen Euro für Investitionen in die Mikroelektronik-Forschung an Hochschulen bereit. Forschung auf internationalem Spitzenniveau soll durch Investitionen in modernste Geräte und Anlagen an Hochschulen verstärkt ermöglicht werden. Zwölf „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland“ sollen neue Forschungsfelder für die Mikroelektronik der Zukunft erschließen und den wissenschaftlichen Nachwuchs mit hochmoderner Ausstattung ausbilden. Die „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland“ vernetzen sich untereinander und mit externen Partnern für einen besseren wissenschaftlichen Austausch und stärkere Kooperation.

Das Forschungslabor Mikroelektronik Hamburg für die Co-Integration von Elektronik und Photonik – kurz ForLab HELIOS – der Technischen Universität Hamburg (TUHH) und der Universität Hamburg (UHH) erhält eine Fördersumme von 5,15 Millionen Euro für die Inbetriebnahme der neuen Forschungsinfrastruktur.

Mit dem ForLab HELIOS entsteht ein vernetztes Labor für Optoelektronik, also die Co-Integration von Elektronik und Photonik. Durch diese Co-Integration werden photonische Systeme elektronisch steuerbar und die Lichtschaltkreise können direkt auf dem Chip ausgewertet werden. Dadurch werden viele Applikationen wesentlich schneller und energieeffizienter. Die Investitionen sind entlang des gesamten Entwicklungsprozesses vorgesehen: von Entwurf und Modellierung über Fabrikation, Integration und Verkapselung bis hin zu Test, Charakterisierung und Rückkopplung der Ergebnisse in den Designfluss. Die ganzheitliche Entwicklungsprozesskette und der Forschungsansatz von ForLab HELIOS für die Integration von Elektronik und Photonik sind in Abbildung 1 exemplarisch dargestellt.

Das ForLab HELIOS lässt sich wie folgt in Kürze zusammenfassen

Zielsetzungen:

HELIOS verfolgt neuartige Forschungsansätze für die Co-Integration zweier wichtiger Schlüsseltechnologien Elektronik & Photonik.
Vernetzung der Technischen Universität Hamburg (TUHH) und der Universität Hamburg (UHH) im Bereich photonisch-elektronisch integrierter Systeme und Stärkung der gemeinsamen Forschungsanstrengungen und Impact.

Technologische Herausforderungen:

Die mikroelektronischen und photonischen Arbeitsgebiete und Forschungen werden immer noch zu isoliert voneinander betrachtet, um die Vorteile und Synergien dieser komplementären Technologien signifikant voranzutreiben.

Die Koordination und Integration der Prozessabläufe und der Wertschöpfungskette bei dem Entwurf und der Simulation, Fertigung, Systemtest und dem Packaging photonisch-elektronisch integrierter Schaltungen ist eine Herausforderung.

Projektbeschreibung:

Strategische Investitionen in hochmoderne Nanotechnologieausstattungen und Prozessanlagen sowie Laborequipment werden die Projektpartner entlang des gesamten Entwicklungszyklus neuartiger integrierter optoelektronischer Systeme stärken.
Identifizierung gemeinsamer System-on-Chip-Ansätze für Photonik und Elektronik zur Minimierung der Entwicklungszeiten für ingenieurwissenschaftliche Anwendungen und für interdisziplinäre Forschungsarbeiten.
Reduzierung von Entwicklungszeiten und Professionalisierung von Entwurf und Modellierung über Fabrikation, Integration und Verkapselung bis hin zur Charakterisierung und Rückkopplung der Ergebnisse in den Designfluss.
Errichtung einer hochmodernen Forschungsinfrastruktur für die Mess-, Sensor- und Medizintechnik sowie der optischen Signalverarbeitung bis hin zum Computing.
Verstetigung eines interdisziplinären Nukleus für Forschung und Lehre auf dem Gebiet der optoelektronischen Systeme.

Perspektivisch können Innovationen somit schneller in Prototypen umgesetzt sowie Kosten und Entwicklungszeiten für neuartige optoelektronische Anwendungen drastisch reduziert werden. Dies wird den Standort Hamburg für Forschung, Entwicklung und Nutzen von photonisch-elektronisch integrierten Systemen deutlich voranbringen.

Förderung:

Dieses Forschungsprojekt innerhalb „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland (ForLab) wird unterstützt mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenprogramm der Bundesregierung für Forschung und Innovation „Mikroelektronik aus Deutschland – Innovationstreiber der Digitalisierung“.

Kontakt: Dr.-Ing. Timo Lipka