Mikroelektronik Nachrichten - 80 April 2021 82
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Mikroelektronik
Nachrichten
80 82
April 2021
MENSCHEN. MACHEN.
MIKROELEKTRONIK.
Liebe Leserinnen und Leser,
© Fraunhofer IZM / Volker Mai
mit dieser Frühlingsausgabe der »Mikroelektronik Nachrichten« halten Sie
ein Verbund-Magazin in den Händen, das zum ersten Mal über die Gren-
zen des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik hinaus auf die Kooperation
»Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland« (FMD) mit allen ihren
Partnern aus der Fraunhofer-Gesellschaft und Leibniz-Gemeinschaft aus-
geweitet wird.
Die »Mikroelektronik Nachrichten«, die im Oktober 2000 erstmalig und
mit nur vier Seiten erschienen, veröffentlichen seitdem regelmäßig Neuig-
keiten aus dem Verbund und seinen Instituten. So wie im Laufe der Zeit
die Zahl der Mitgliedsinstitute zunahm, wuchs auch die Themenvielfalt
und damit auch unser Magazin.
Die technologischen Erfolge und Highlights aus 20 Jahren Fraunhofer- Mehr Einblicke in die Arbeit inner-
Mikroelektronik-Forschung haben wir letztes Jahr kurz vor Weihnachten halb der FMD finden Sie auch auf
in einer Jubiläumsausgabe gewürdigt. In der aktuellen Ausgabe geben unserem YouTube-Kanal:
die Köpfe innerhalb der FMD und des Verbunds unter dem Motto
»Menschen.Machen.Mikroelektronik« Einblicke in ihre Arbeit: Mit
Forscherinnen und Forschern sowie Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern
aller 18 Kooperationspartner in der FMD sprachen wir über zukunfts
weisende Technologien und ließen uns ihre tägliche Arbeit näherbringen.
Alles Menschen, die trotz aller aktuellen Widrigkeiten in Zeiten der
Covid19-Pandemie hochmotiviert und mit beeindruckender Kreativität
und wissenschaftlicher Kompetenz unsere Zukunft mitgestalten!
Insgesamt rund 3.500 Forscherinnen und Forscher innerhalb der Forschungs
fabrik Mikroelektronik Deutschland suchen täglich nach Antworten auf
wirtschaftlich und gesellschaftlich relevante Fragen: Mit welchen Technolo-
gien und innovativen Elektroniksystemen können wir die Herausforderun-
gen unserer Zeit bewältigen? Künstliche Intelligenz, Industrie 4.0, Smart
Living oder autonomes Fahren – all diese digitalen Entwicklungen benöti-
gen neue Verfahren, Prozesse und Geschäftsmodelle für die Übertragung,
Speicherung und Verarbeitung der Daten. Wo und wie kann die Mikro-
elektronik als Basistechnologie zur leistungsfähigen, vertrauenswürdigen
und ressourceneffizienten Unterstützung eingesetzt werden?
Einen wichtigen strategischen Schritt, um den Einsatz der Mikroelektronik
zu stärken, sind die Mitgliedsinstitute des Fraunhofer-Verbunds Mikroelek-
tronik mit den Leibniz-Instituten FBH und IHP bereits gegangen. Die mit
Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung im
Jahre 2017 aus dieser Kooperation hervorgegangene Forschungsfabrik
Mikroelektronik Deutschland ist heute auf gutem Weg, sich als ein Zu-
kunftsmodell der deutschen Forschungslandschaft zur Bewältigung der
großen globalen Herausforderungen zu etablieren.
Hier können Sie sich für unsere
Nun laden wir Sie herzlich auf eine Reise durch die Institute ein und Digitalkonferenz zur Verstetigung
wünschen Ihnen viel Spaß beim Lesen! der FMD am 22. April 2021
anmelden:
2
Aus den Instituten
»Wir sind bereit für die aktuellen und
zukünftigen Herausforderungen der
Dr. Stephan Guttowski. Elektronikforschung«
© Fraunhofer Mikroelektronik
Dr. Stephan Guttowski heißt der neue Leiter der gemeinsamen Geschäfts-
Dr. Stephan Guttowski studierte Elek-
trotechnik an der TU Berlin und pro- stelle des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik und der Forschungsfabrik
movierte anschließend im Bereich Mikroelektronik Deutschland (FMD). Der langjährige Fraunhofer-Mitarbeiter
Elektromagnetische Verträglichkeit. übernahm die Leitung am 1. Januar 2021. Schon zuvor setzte er sich für
Es folgte ein Post-Doc-Aufenthalt am die institutsübergreifende Kooperation innerhalb der FMD als Technologie-
Massachusetts Institute of Technolo-
gy (M.I.T.) in Cambridge, USA. Nach park-Manager für Heterointegration ein.
seiner Rückkehr arbeitete er zunächst
Dr. Guttowski, Glückwunsch zu Ihrer Technologieangebot, aktuelle Forschungs-
im Forschungslabor Elektrische An-
neuen Position. Wie fühlt es sich an, projekte und wie wir die Herausforderun-
triebe der DaimlerChrysler AG und
der Leiter der zusammengelegten gen der Zukunft annehmen wollen.
wechselte 2001 in das Fraunhofer
Geschäftsstelle zu sein?
IZM. Hier war er zunächst Leiter der
Wo möchten Sie als der neue Geschäfts-
Gruppe Advanced System Develop-
ment, dann übernahm er die Abtei- Vielen Dank! Es fühlt sich sehr gut an und stellenleiter besondere Akzente setzen?
lung System Design & Integration. trotz aller Widrigkeiten zur Bewältigung der
Von Juni 2017 bis Dezember 2020 Corona-Pandemie blicke ich mit Zuversicht in Für mich sind es vor allem drei Aufgaben-
begleitete er die Forschungsfabrik die Zukunft. Zum einen sind die Fußstapfen, bereiche, in denen wir als Geschäftsstelle
Mikroelektronik Deutschland (FMD) in die ich nun trete, groß: Jörg Amelung und sichtbar werden wollen. Zuerst einmal ist
als Technologiepark-Manager für He- Michael Galetzka haben die FMD in den letz- es das aktive Business Development auf der
terointegration. Seit Januar 2021 lei- ten drei Jahren erfolgreich durch die Aufbau- Basis der komplementären Kompetenzen
tet er die gemeinsame Geschäftsstel- phase geleitet, Patrick Bressler hat in der Nach unserer Institute. Das erfordert eine gute
le des Fraunhofer-Verbunds Mikro folge von Joachim Pelka die Geschäftsstelle Zusammenarbeit auf den als wegweisend
elektronik und der FMD. des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik erkannten Gebieten. Hier sehe ich die zwei-
durch diese bewegten Zeiten geführt. Zum te Aufgabe der Geschäftsstelle – die Exper-
anderen steht die gemeinsame Geschäfts- tinnen und Experten an einen Tisch zu brin-
stelle vor der Herausforderung, den bishe gen und ein gemeinsames technologisches
Portfolio zu entwickeln. Den dritten Bereich
unserer Tätigkeit sehe ich in der Kommunika
tion und der Sichtbarkeit unseres Leistungs-
angebots. Ich bin oft erstaunt, wie wenig
über zukunftsweisende Ergebnisse der For-
schungsarbeit bekannt ist. Daran müssen
Mit seinen Kollegen (v.l.n.r.)
wir arbeiten, um gemeinsam die Zukunft
Dr. Dirk Nüßler (Fraunhofer FHR),
Dr. Andreas Grimm und Dr. Patrick
nachfolgender Generationen zu sichern.
Bressler während der letzten FMD
Innovation Days am Leibniz IHP. Und zu guter Letzt: Woher kommt Ihre
© Fraunhofer Mikroelektronik / Motivation?
Uwe Steinert
Was mich antreibt, sind sowohl die ganz
rigen Erfolg fortzuführen und gleichzeitig großen aber auch ganz kleine Themen. Ich
Synergien für die Fraunhofer- und Leibniz- denke, dass in einem Land wie Deutsch-
Institute in der FMD, deren Vertretung wir land, Zukunft und Wohlstand kommender
hier organisieren, in einem nachhaltigen Generationen maßgeblich davon abhängen,
Regelbetrieb zum Wohle aller zu heben. dass wir den technologischen Fortschritt
nicht nur verstehen, sondern selbst mitge-
Kontakt: Woran arbeiten Sie und Ihr Team gerade? stalten. Dass Unternehmen – egal ob große
Dr. Stephan Guttowski internationale Konzerne oder kleine erst
stephan.guttowski@ Neben den institutsübergreifenden Projekten, frisch gegründete Startups – den best
mikroelektronik.fraunhofer.de die die Geschäftsstelle koordiniert, sind wir möglichen Zugang zu neuen Konzepten
Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik aktuell dabei, unsere Außendarstellung zu und Lösungen aus der Forschung erhalten.
Forschungsfabrik Mikroelektronik schärfen. In wenigen Tagen veranstalten wir Gleichzeitig empfinde ich es als höchst
Deutschland beispielsweise unsere Digitalkonferenz zur motivierend mich mit den Forschenden aus-
Anna-Louisa-Karsch-Straße 2 Verstätigung der FMD. Unter dem Motto: zutauschen und zu sehen, welche hervorra-
10178 Berlin »Impulsgeber FMD: Angebot & Potenzial gende Arbeit in unseren Instituten geleistet
www.mikroelektronik.fraunhofer.de − Köpfe & Know-how« berichten wir am wird, mit welcher Begeisterung neue Ideen
www.forschungsfabrik-mikroelektronik.de 22. April 2021 über unser erweitertes verfolgt und neue Ansätze erprobt werden.
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Aus den Instituten
»Nur durch Vernetzung und Kooperation
werden wir die Erwartungen an die
moderne Mikroelektronik erfüllen« Prof. Albert Heuberger.
© Fraunhofer IIS
Mikroelektronik bildet die Grundlage für die Innovationskraft in vielen
Prof. Albert Heuberger ist seit 2011
Branchen. Um die europäische Halbleiter- und Elektronikindustrie im Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts
globalen Wettbewerb zu stärken wurde 2017 die Forschungsfabrik Mikro- für Integrierte Schaltungen IIS. Prof.
elektronik Deutschland (FMD) ins Leben gerufen. Über das Erreichte und Heuberger ist unter anderem im Wis-
senschaftlich-Technischen Rat (WTR)
die Erwartungen an die moderne Mikroelektronik sprachen wir mit dem der Fraunhofer-Gesellschaft, er ist
Vorsitzenden der FMD und dem Sprecher des Fraunhofer-Verbunds Mikro- Mitglied im Vorstand des Medical
elektronik, Professor Albert Heuberger. Valley Europäische Metropolregion
Nürnberg (EMN) e.V., im Hochschulrat
der Technischen Hochschule Nürnberg
Prof. Heuberger, der Aufbau der FMD ist Datenverarbeitung und Transferzeiten kaum
Georg Simon Ohm und der Hochschu-
weitgehend abgeschlossen: Was wurde mehr gerecht. Mit der wachsenden Abhän-
le Coburg sowie im Programmaus-
erreicht und wie geht es jetzt weiter? gigkeit von digitalen Netzen und Daten,
schuss Kommunikation und Navi-
steigen auch die Anforderungen an die
gation der Deutschen Raumfahrta-
Die umfangreichen Investitionen in die Infra Sicherheit. Dabei kommt vor allem der tech gentur. 2017 wurde er als Mitglied
strukturen der Institute konnten bis auf nologischen Souveränität, also der Selbst in die acatech, die Deutsche Akade-
wenige durch die Covid19-Pandemie be- bestimmung und Kontrolle über Systeme mie der Technikwissenschaften, be-
dingte Verzögerungen abgeschlossen und Daten, in Deutschland und Europa eine rufen. Für seine Verdienste rund um
werden. Nun sind wir in der Phase der zentrale Rolle zu. Bislang führte die Markt- die Fraunhofer-Gesellschaft erhielt er
Umsetzung und Verstetigung des Modells macht vor allem US-amerikanischer IT-Kon- im Jahr 2019 die Fraunhofer-Medail-
der Forschungsfabrik Mikroelektronik zerne wie Microsoft und Google zu nahezu le. Seit 2020 ist Prof. Heuberger Vor-
Deutschland. Einen ersten Schritt haben wir alternativlosen Abhängigkeiten. Gleiches sitzender der FMD und Sprecher des
mit der Neuaufstellung der Geschäftsstelle gilt im Bereich der Chipfertigung, die zum Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik.
schon getan. Schon jetzt gilt die FMD als überwiegenden Teil in Asien stattfindet.
Vorbild, wenn es darum geht, unterschied
liche Kompetenzen der verschiedenen Insti- Vertrauenswürdige Elektronik und Datensi-
tutionen mit einer gemeinsamen Strategie cherheit sind die Basis für alle digitalen, ver-
und mit gebündelten Angeboten an die netzten Systeme, speziell für das Internet
Industrie aufzustellen. der Dinge, aber auch KI. Vor allem dort, wo
personenbezogene oder sicherheitskritische
Auch weiterhin gilt: Durch konsequente Daten verarbeitet werden, wie in der Medi-
Verknüpfung und strategische Weiterent- zintechnik, beim autonomen Fahren oder Um Elektronik sicher und zuverlässig
wicklung der Expertise unserer Institute auch bei kritischen Infrastrukturen, ist es essenti- einzusetzen, muss man nachvoll
zukünftig die technologische Souveränität ell, dass die Eigentümer die vollständige ziehen können, was sie macht und
und Attraktivität von Deutschland und Euro Kontrolle über ihre IKT-Systeme haben und wie sie aufgebaut ist.
pa für die Spitzenforschung aufrechtzuer- Nutzer über die Eigenschaften der von © Fraunhofer IIS / Katharina Knaut
halten! Es ist wichtig, die Zukunftsthemen
zielgerichtet und gemeinsam voranzutrei-
ben – um gegenüber den Wettbewerbern
in den USA und Asien schneller zu agieren
als in der Vergangenheit.
Mit der Digitalisierung stehen viele
Branchen vor einem tiefgreifenden
Umbruch. Welche Herausforderungen
gilt es für die Mikroelektronik dabei
zu bewältigen?
Künstliche Intelligenz (KI), Industrie 4.0,
autonomes Fahren – all diese digitalen
Entwicklungen benötigen neue Verfahren,
Prozesse und Geschäftsmodelle für die
Übertragung, Speicherung und Verarbei-
tung der Datenmengen. Die heute existie-
renden Computertechnologien werden
neuen Anforderungen an Energieverbrauch,
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Aus den Instituten
ihnen genutzten Systeme informiert wer- gehende Konzepte zu erstellen. Insgesamt
den. Betrachtet werden muss dabei der sind 12 Partner – 11 Fraunhofer- und
gesamte Datenfluss – vom Endkunden bis Leibniz-Institute der Forschungsfabrik Mikro
zu der eigentlichen Hardware, die die Daten elektronik Deutschland sowie das edacentrum
Beispiel für ein energiesparendes, verarbeitet. – am Projekt beteiligt. Es sollen entsprechen-
lernfähiges System der Zukunft: die de Standards, Normen und Prozesse auf der
»intelligente Schraubverbindung«. Können Sie uns Bespiele nennen wie Grundlage einer nationalen und europäi-
© Fraunhofer IIS die FMD der Industrie hierbei hilft? schen Chipsicherheitsarchitektur entwickelt
und in die Anwendung gebracht werden.
Für neue Forschungsgebiete, die diese über-
greifenden Kompetenzen brauchen, entwi- Trotz aller technischen Anstrengungen, immer
ckeln wir komplette innovative Elektronik- energiesparendere elektronische Kompo-
systeme. Hierfür möchte ich drei Beispiele nenten zu entwickeln, um insbesondere die
nennen. durch elektronische Geräte unterstützte
Mobilität zu erhöhen, ist der Gesamtener-
Im Projekt TRAICT (TrustedResourceAware gieverbrauch der Informations- und Kom-
ICT) arbeiten acht FMD-Institute mit weite- munikationstechnik kontinuierlich gestie-
ren zehn Fraunhofer-Instituten gemeinsam gen. Aktuelle Entwicklungen zu lernfähigen
an Rahmenbedingungen, damit Informa- Systemen und deren erwartete Verbreitung
tions- und Kommunikationstechnik vertrau- in allen Lebens- und Arbeitsbereichen ver-
enswürdig und datenschutzkonform ist und schärfen dieses Problem. Dabei wird sich
dabei selbstbestimmt und sicher genutzt der Energieverbrauch nicht nur auf große
werden kann. Die Kernfrage ist: Wie lässt Rechenzentren konzentrieren, sondern vor
sich die Verlässlichkeit kritischer elektroni- allem auch in den sich immer weiterverbrei-
scher Komponenten und Systeme in global tenden IoT-Geräten und -Systemen spürbar
verflochtenen Liefer- und Wertschöpfungs- mehr Relevanz erlangen. Ein wachsender
ketten validieren und gewährleisten? Anteil entfällt dabei auch auf die enorm
zunehmende Übertragung von Daten. Für
die Bewältigung dieser Herausforderungen
plant die FMD ein Kompetenzzentrum für
ressourcenschonende Informations- und
Kommunikationstechnologien – kurz Kom-
petenzzentrum »Green ICT«.
Wir sind neugierig: Sie sind jetzt etwas
mehr als ein Jahr der Vorsitzende der
FMD und Sprecher des Verbunds. Was
hat sich für Sie verändert?
Das letzte Jahr war für alle von uns mit
großen Herausforderungen verbunden.
Die Taktzahl der Online-Meetings und der
fehlende persönliche Austausch mit den
Kolleginnen und Kollegen der FMD hat
auch meine Arbeitsweise und -kultur stark
verändert. Ich bin dankbar, dass uns Tech-
nologie hier auch hilft, arbeitsfähig und in
Zur Erreichung der deutschen und europäischen Kontakt zu bleiben.
Klimaschutzziele ist Mikroelektronik ein wichtiger
positiver Baustein. © Shutterstock Mit der Rolle des Sprechers sind auch span-
nende Aufgaben, wie beispielsweise im
Viele kritische Komponenten digitaler Tech- Fraunhofer-Präsidium und in Europäischen
nologien werden heute außerhalb Europas Gremien verbunden. Ich finde es motivie-
hergestellt und in vielen Bereichen der digi- rend, dass aktuell die Bedeutung der Mikro-
talen Wertschöpfungskette besitzen auslän- elektronik für Zukunftsthemen wie Quanten
Kontakt: dische Anbieter monopolähnliche Markt technologien oder die technologische
Prof. Albert Heuberger positionen. Dies erzeugt eine große Abhän Souveränität erkannt wird und dass ich auch
albert.heuberger@iis.fraunhofer.de gigkeit, die zum Nachteil Deutschlands persönlich Veränderungen in der deutschen
Fraunhofer-Institut für Integrierte werden könnte. Die im März gestartete Forschungslandschaft mitgestalten kann.
Schaltungen IIS Plattform für die Vertrauenswürdige
Am Wolfsmantel 33 Elektronik – kurz »Velektronik« – hat es
91058 Erlangen sich zum Ziel gemacht, die komplette Wert-
www.iis.fraunhofer.de schöpfungskette zu beleuchten und durch-
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Leibniz
Aus denFBH
Instituten
Hochfrequenzelektronik für die 6G-Welt
Ob privat oder beruflich, unsere Welt wird immer digitaler – nicht zuletzt
befeuert durch die aktuellen Einschränkungen des Lebens in Pandemie- Dr. Hady Yacoub.
© FBH / Petra Immerz
zeiten. Die neuen Kommunikationsstandards wie 5G und 6G versprechen
eine höhere Datengeschwindigkeit, größere Netzkapazität und schnellere
Reaktionszeit. Damit dies gelingt, müssen die dafür benötigten Hardware-
Hady Yacoub hat Elektrotechnik an
Komponenten technologisch enorm weiterentwickelt werden. Dr. Hady der Deutschen Universität Kairo sowie
Yacoub vom Leibniz FBH setzt genau hier an und erforscht Möglichkeiten Mikroelektronik und Kommunikations-
für die Nutzung von neuen Frequenzbändern im mm-Wellen-Bereich. technik an der Universität Ulm stu-
diert. Nach seinem Masterabschluss
2011 promovierte er 2017 an der
Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut vollautomatische Hightech-Anlagen zum
RWTH Aachen mit Fokus auf III/V-
für Höchstfrequenztechnik (FBH) ist ein Teil der Ätzen oder Galvanisieren erhöhen nicht nur
Halbleiter-basierten Bauelementen für
Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutsch die Ausbeute und Homogenität der Schal-
Hochleistungs- und Hochfrequenzan-
land (FMD) und bringt hierbei seine Expertise tungen, sondern auch den Wafer-Durchsatz.
wendungen. Hady Yacoub kam 2018
bei der Entwicklung von energieeffizienten
als Postdoc an das Ferdinand-Braun-
Halbleiter-Komponenten ein. Es erforscht Welche Möglichkeiten ergeben sich
Institut in Berlin und leitet dort seit
neuartige Materialien und entwickelt die not- dadurch für Ihren Forschungsbereich? 2019 das InP Devices Lab. Er ist
wendigen Bauelemente für Anwendungen Autor und Ko-Autor von mehr als 20
wie Elektromobilität, Industrie 4.0 oder die Die neue, leistungsfähige Infrastruktur wird Arbeiten aus dem Bereich der III/V-
mobile Kommunikation der Zukunft. in verschiedenen nationalen und europäi- Halbleiter.
schen Vorhaben zum Einsatz kommen.
Dr. Yacoub, Sie forschen im Bereich der Eines davon ist das Projekt ULTRAWAVE, in
III/V-Elektronik und leiten am FBH das dem ein Konsortium eine neuartige drahtlose
InP Devices Lab. Was versprechen Sie Systemarchitektur für die Kommunikation
sich von Indiumphosphid? mit verbesserter Netzdeckung und nie da-
gewesenen Datenraten entwickelt. Das FBH
Der zukünftige Kommunikationsstandard 6G
zielt auf Frequenzen oberhalb von 100 GHz
ab. Dies stellt neue Anforderungen an die
Hardware sowie Hochfrequenzelektronik,
was Konsequenzen für die Wahl der Halb-
leiter haben. Hetero-Bipolartransistoren (HBT)
auf Basis des Halbleiters Indiumphosphid
(InP) sind dank ihrer hohen Integrationsfä-
higkeit kompakt und liefern exzellente Leis-
tungsdichten, hohe Betriebsspannung und
damit, im Vergleich zu Silizium-basierten
Technologien, hohe Ausgangsleistung. Zu-
sammen mit mehrfachen Dünnschicht-
Verdrahtungsebenen lassen sich komplexe
monolithisch-integrierte Schaltungen auf
geringer Fläche realisieren. Allerdings sind
solche Schaltungen technologisch und pro-
zesstechnisch sehr anspruchsvoll, da sie Modul mit monolithisch-integrierten
extrem skaliert werden müssen. Sie müssen liefert die dafür benötigten monolithisch- InP-DHBT-Schaltkreisen für die
also mehr Leistung auf kleinerer Fläche integrierten Schaltkreise, die auf dem haus- drahtlose Kommunikation im
D-Band. © FBH / Nicole Vlach
bieten – bei gleichbleibender Ausbeute. eigenen InP-DHBT-Prozess basieren. Dank
einer Point-to-Multipoint-Infrastruktur im
Wie können Sie diese Herausforderung D-Band bei 140 GHz bietet die Systemarchi-
lösen? tektur 100 Gbps im Umkreis von einem
Quadratkilometer. Dies soll erstmalig in
Ganz klar mit einer leistungsfähigen An- einem Testversuch in Valencia erreicht wer- Kontakt:
lagentechnik. Um die technologischen An- den – Point-to-Point-Systeme im gleichen Dr. Hady Yacoub
forderungen zu meistern, hat das FBH im Frequenzband wurden von anderen Grup- hady.yacoub@fbh-berlin.de
Rahmen der Forschungsfabrik Mikroelektro- pen bereits in ersten Versuchen demonst- Ferdinand-Braun-Institut gGmbH,
nik Deutschland seine Anlagentechnik im riert. Das ULTRAWAVE-System nutzt einen Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik
Reinraum entsprechend aufgerüstet. Mit Standard-Modemzugang und ermöglicht Gustav-Kirchhoff-Straße 4
modernster E-Beam-Lithographie sind Struk- eine drahtlose Datenübertragung von bis zu 12489 Berlin
turgrößen von nur 30 nm möglich. Weitere einem Kilometer. www.fbh-berlin.de
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Fraunhofer
Aus AISEC
den Instituten
Vernetzungsplattform für vertrauens-
würdige Elektronik
Dr. Johann Heyszl.
© Fraunhofer AISEC Um Elektronik sicher und zuverlässig einzusetzen, muss nachvollziehbar
sein, was sie macht und wie sie aufgebaut ist. Aktuell gibt es technische
Lösungen und Forschungsarbeiten zu einzelnen Aspekten einer vertrau-
Johann Heyszl promovierte an der enswürdigen Elektronik, aber noch niemanden, der die komplette Wert-
Technischen Universität München
im Bereich der angewandten Kryp-
schöpfungskette ausreichend beleuchtet und durchgehende Konzepte lie-
tografie und deren Schutz gegen fert. Die »Plattform Vertrauenswürdige Elektronik« möchte hier Hilfe
hochentwickelte Seitenkanalangriffe. leisten.
Am Fraunhofer AISEC in Garching
Die vom Bundesministerium für Bildung und und Unternehmen zu schaffen. Hierfür wird
bei München leitet er die Abteilung
Forschung (BMBF) im Rahmen von Forschungs in allen Bereichen der Elektronikentwick-
Hardware Security und stellvertre-
vorhaben für »Vertrauenswürdige Elektronik lung, Fertigung und Analyse an Lösungskon-
tend das Institut. Der Schwerpunkt
(ZEUS)« geförderte Plattform – kurz »Velek zepten gearbeitet. Die Ergebnisse können
seiner Arbeit liegt in der Sicherheit
tronik« – begann ihre Arbeit im März 2021. anschließend innerhalb der Plattform, für
und Vertrauenswürdigkeit von ein-
gebetteten elektronischen Systemen Dr. Johann Heyszl vom Fraunhofer-Institut weitere Forschungsvorhaben und vor allem
und vernetzten Geräten für das In- für Angewandte und Integrierte Sicherheit von der Wirtschaft genutzt werden. So wer-
ternet der Dinge. AISEC war an dem Konzept maßgeblich be- den vertrauenswürdige elektronische Kom-
teiligt und ist der fachliche Leiter des For- ponenten und Baugruppen zielgerichtet
schungsvorhabens. 12 Partner aus der For- entwickelt, gefertigt, analysiert und danach
schungsfabrik Mikroelektronik Deutschland integriert. Die Plattform »Velektronik« soll
und dem Verbund Mikroelektronik sowie das als Instrument für die komplette Wertschöp-
edacentrum sind in dem Projekt involviert. fungskette vertrauenswürdiger Elektronik
fungieren und den Ausbau der Technologi-
schen Souveränität in diesem Bereich für die
deutsche Industrie und den öffentlichen Sek-
tor auf dem globalen Markt unterstützen.
Stichwort »Technologische Souveränität«:
Welche Rolle spielt vertrauenswürdige
Elektronik in diesem Zusammenhang?
Wir sind in allen relevanten Anwendungs-
domänen – ob in kritischen Infrastrukturen,
in der Industrie 4.0, im Automobilbereich
oder auch bei medizinischen Geräten – auf
elektronische Komponenten angewiesen.
Auf diese müssen wir uns verlassen und
Durch Angriffe auf eingebettete ihnen vertrauen können, um darauf letzt-
Systeme kann die Sicherheit und Dr. Heyszl, darf man nicht automatisch endlich Produkte, Systeme und Infrastruktur
Vertrauenswürdigkeit elektroni- jeder Elektronik vertrauen? aufzubauen. Technologische Souveränität
scher Komponenten untersucht bedeutet, dass wir vor dem Hintergrund
werden.© Fraunhofer AISEC
Durch die starke Internationalisierung in der einer stark internationalisierten Wertschöp-
Elektronikentwicklung ist das Thema Ver- fung die Hoheit darüber behalten, welche
trauenswürdigkeit tatsächlich eine große konkreten Eigenschaften technologische
Herausforderung. Vertrauenswürdig ist Komponenten unserer Produkte haben. Das
Elektronik, wenn sie allen unseren Erwar- sichert die Innovations- und Wettbewerbs-
tungen an Funktionalität und Spezifikatio- fähigkeit deutscher Unternehmen, insbe-
nen entspricht und gleichzeitig keine Hin- sondere des Mittelstands, nachhaltig.
tertüren oder Schwachstellen für Angreifer
offenlässt. Anderweitig könnte das zu Ma- Je mehr wir fortschrittliche Elektronik selbst
Kontakt: nipulationen, Angriffen oder Ausfällen von in Deutschland und Europa konzipieren,
Dr. Johann Heyszl ganzen Systemen führen. entwickeln, herstellen und absichern, desto
johann.heyszl@aisec.fraunhofer.de besser können wir auch nachvollziehen,
Fraunhofer-Institut für Angewandte und Welche Ziele verfolgt das Projekt genau? was Elektronik Dritter leistet oder auch
Integrierte Sicherheit AISEC nicht leistet. So können wir weltweit auf
Lichtenbergstraße 11 Die Vision des Projekts ist es, eine Vernet Augenhöhe kooperieren und Anforderun-
85748 Garching b. München zungsplattform für vertrauenswürdige Elek gen an von uns genutzte oder betriebene
www.aisec.fraunhofer.de tronik als Schnittstelle zwischen Forschung Elektroniksysteme durchsetzen.
7
Fraunhofer HHI
Aus den Instituten
Neue Systemarchitektur für THz-Frequenz
bereichsspektroskopie
Dr. Lars Liebermeister.
Terahertz-Sensorik bietet ein großes Anwendungspotenzial für die indus- © Fraunhofer HHI
trielle Qualitätsüberwachung. Dabei ist die Komplexität aktueller Mess
systeme und der damit verbundene hohe Systempreis eine große Heraus-
forderung. Hier ist die THz-Frequenzbereichsspektroskopie eine sehr Dr. Lars Liebermeister ist seit 2017 in
der Gruppe Terahertz-Sensoren und
attraktive Alternative zur etablierten Zeitbereichsspektroskopie, da sie -Systeme am Fraunhofer HHI Projekt-
sich einfacher realisieren lässt und robuster ist. leiter und stellvertretender Gruppen-
leiter. Seine aktuellen Forschungs
interessen umfassen integrierte Ter-
Dr. Liebermeister, Qualitätsüberwachung flektieren und leitet die Reflexion an einen
ahertz-Photonik, optoelektronische
zum kleinen Preis klingt sehr vielver- zweiten Photomischer weiter. Wird dieser
Terahertz-Systeme sowie Terahertz-
sprechend, wie kam Ihr Team auf die zusätzlich mit den gleichen beiden optischen
Quantenoptik. Lars Liebermeister hat
Idee für dieses Projekt? Wellen gefüttert, kann man ein Messsignal
Physik an der Georg-August-Univer-
abgreifen. Dieses Signal gibt Aufschluss da-
sität Göttingen studiert und promo-
In der Qualitätsüberwachung gibt es viele rüber, wie die Probe die THz-Welle verän-
vierte 2016 in Quanten- und Nano-
nützliche Anwendungen für THz-Sensorik. dert hat – sowohl in ihrer Amplitude als photonik an der Ludwig-Maximilians-
Die aktuelle Technologie löst viele Messauf- auch in ihrer Phasenlage. Durch kontinuier- Universität München.
gaben, die bisher von keinem anderen Ver- liches Verändern der Frequenz einer der op-
fahren erfüllt werden konnten, aber der hohe tischen Wellen, lässt sich die THz-Welle
Preis hat viele weiterführende Projekte ver- selbst wiederum in ihrer Frequenz durch-
hindert. Vor diesem Hintergrund verfolgt das stimmen und somit ein breites Reflexions-
Fraunhofer HHI zwei unterschiedliche Kon- spektrum eines Probekörpers erfassen.
zepte: Die weit verbreitete THz-Zeitbereichs
spektroskopie (TDS) und die eher nischenhafte Welche Vorteile ergeben sich daraus?
THz-Frequenzbereichsspektroskopie (FDS).
TDS dient gemeinhin als Arbeitstier, ihr Auf- THz-Frequenzen sind ungefährlich und bie-
bau ist aber aufwendig und daher entspre- ten bei vielen Materialien (wie Kunststoffe
chend kostspielig. FDS zeichnet sich durch oder Keramik) einen einzigartigen Kompro-
eine niedrigere Messgeschwindigkeit aus. miss aus Eindringtiefe und räumlicher Auf- THz-Spektroskopie bietet einen
Diese Technologie kommt bisher in Nischen lösung. Dies erlaubt die berührungsfreie einzigartigen Kompromiss aus
wie der Gasanalytik zum Einsatz. Sie hat den Messung von Wand-Beschichtungsdicken, Eindringtiefe und räumlicher Auf
Vorteil, robuster und einfacher im Aufbau zu wobei mehrere Lagen einzeln aufgelöst lösung. © Fraunhofer HHI
sein und wird sich in Zukunft sogar auf einem
einzelnen photonisch-integrierten Chip reali-
sieren lassen. Ich habe intensiv an FDS gear-
beitet und konnte dabei eine alternative,
vereinfachende Systemarchitektur entwi-
ckeln. Im Ergebnis ist ein neues FDS-System
entstanden, das um zwei Größenordnungen
schneller ist als bisherige FDS-Systeme und
damit für viele Anwendungen konkurrenz
fähig zur TDS wird. Darüber hinaus konnten
Material- und Aufbauaufwand weiter redu-
ziert werden. Meinen neuen Ansatz habe ich
erfolgreich im Labor demonstriert.
Und wie kann sich ein Laie die Funk werden können. Ein einfaches Beispiel ist
tionsweise der Technologie vorstellen? die Bestimmung der Dicke einer Plastikfolie.
Diese kann eine Dicke von mehreren 10 µm
Aus zwei optischen Wellen (Laser) wird in haben. Mit unserem System können wir in-
einem speziellen nicht-linearen Bauteil, nerhalb von wenigen Millisekunden die Kontakt:
einem sogenannten Photomischer, eine THz-Reflexionseigenschaften breitbandig er- Dr. Lars Liebermeister
elektromagnetische Welle mit der Differenz- fassen. Von Amplitudenveränderungen bei lars.liebermeister@hhi.fraunhofer.de
frequenz der beiden optischen Wellen ge- bestimmten Frequenzen lässt sich dann ein- Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik,
neriert. Auf diese Art und Weise lassen sich deutig auf die Foliendicke rückschließen. Heinrich-Hertz-Institut, HHI
Frequenzen erzeugen, bei denen keiner der Das gleiche Prinzip gilt für mehrschichtige Einsteinufer 37
Laser selbst arbeiten kann. Nun lässt man Proben, wie dem Lackstapel auf einer Auto- 10587 Berlin
diese THz-Welle an einem Probekörper re- karosserie. www.hhi.fraunhofer.de
8
AusFraunhofer
den Instituten
IAF
Rauscharme Hochfrequenzelektronik für
Quantencomputer
Dr. Fabian Thome hat am Fraunhofer
IAF über das Thema »Drahtlose Low- Dr. Fabian Thome und Felix Heinz vom Fraunhofer IAF forschen gemeinsam im
Power-Datenübertragungssysteme
mit hoher Datenrate« promoviert.
EU-geförderten Kooperationsprojekt »SEQUENCE« daran, kryogene Hoch-
Zurzeit forscht er im Bereich der frequenzelektronik für bestehende Quantencomputerkonzepte zu entwi-
ultra-rauscharmen Verstärker und ckeln. Denn nur mittels kompakter und extrem rauscharmer Elektronik wird
leitet das Kooperationsprojekt
»SEQUENCE« seitens des IAF. es möglich sein, bestehende Quantencomputerkonzepte weiter zu skalieren.
© Fraunhofer IAF
Sie sind beide keine (Quanten-)Physiker, Welchen Forschungsfragen würden Sie
wie sind Sie zu diesem Projekt gekommen? gerne als nächstes nachgehen?
Thome: Quantencomputing (QC) ist längst Thome: Ein spannendes Thema, das noch
kein exklusiver Forschungsbereich von Quan nicht erschöpfend untersucht wird, ist die
tenphysikern mehr, sondern ein interdiszipli- Frequenzskalierung von QCs. Heutzutage
näres Forschungsfeld. Letztlich beruht die werden bei QCs rauscharme Verstärker im
aktuell angestrebte Skalierung von QCs, die Frequenzbereich von etwa 5 GHz als zent-
heute nachgewiesenermaßen funktionieren, rale Komponenten im Ausleseschaltkreis
maßgeblich auf elektrotechnischen Kompo- genutzt. Es ist aber theoretisch möglich,
nenten – und da kommen wir als Ingenieure diese Frequenz zu erhöhen. Das könnte
der Hochfrequenztechnik ins Spiel. zum einen die Performance der Systeme
verbessern und zum anderen könnten wir
Heinz: Wir haben beide unseren wissen- so auch mehr Synergien nutzen, die über
schaftlichen Hintergrund in der Erforschung das QC hinausgehen. Ein Beispiel hierfür
von kryogenen und ultra-rauscharmen Ver- sind zukünftige Satellitensysteme, bei
stärkern. Das war bis vor ein paar Jahren noch denen rauscharme Verstärker bei einer Be-
Felix Heinz promoviert am Fraunhofer ein richtiges Nischenthema, das klassischer- triebstemperatur von etwa -220 °C zum
IAF im Bereich der Mikrosystemtech- weise in der Radioastronomie Anwendung Einsatz kommen könnten.
nik über ultrarauscharme Verstärker findet. Seitdem die ersten funktionalen QCs
und forscht im Projekt »SEQUENCE« aufgekommen sind, gibt es aber ein ganz
an der Charakterisierung und Model-
neues Interesse an dem Forschungsbereich.
lierung kryogener Nanoelektronik.
Kryogene und rauscharme Elektronik wird
© Fraunhofer IAF
nämlich für das Auslesen und Steuern von
Qubits benötigt.
Was sind Ihre Aufgaben?
Thome: Im Rahmen des Projekts untersuchen
wir am Fraunhofer IAF Hochfrequenztech
nologien, mit denen wir schon viel Erfah-
rung gesammelt haben, wie mHEMTs und
MOSHEMTs. Diese wollen wir im Hinblick auf Ein rauscharmer Verstärker (70 – 116 GHz) mit
die Nutzung in QCs optimieren. Dazu müs- einer durchschnittlichen Rauschtemperatur von
sen wir das Rauschen der etablierten Tech- 30 K, hergestellt mit der 35-nm-HEMT-Techno-
nologien noch weiter verringern und die logie des Fraunhofer IAF. © Fraunhofer IAF
Komponenten kompakter gestalten, damit
die Elektronik näher an den empfindlichen Heinz: Die Jagd nach immer rauschärmerer
und gekühlten Qubits arbeiten kann. Als Hochfrequenzelektronik wird auch nach
Kontakt: Projektleiter seitens des IAF befasse ich mich »SEQUENCE« eine spannende Fragestellung
Dr. Fabian Thome mit der Erforschung rauscharmer Verstärker. bleiben. In dem Projekt werden wir sicher-
fabian.thome@iaf.fraunhofer.de lich einen großen Schritt in die Richtung
Heinz: Ich bin in erster Linie für die Kryo- machen, aber es wird noch nicht das Ende
Felix Heinz Messtechnik und Rauschmodellierung zu- sein. Darüber hinaus interessiere ich mich
felix.heinz@iaf.fraunhofer.de ständig. Dabei untersuche ich verschiedene für neuartige Integrationskonzepte und
Technologien bei extrem niedrigen Tempera- multifunktionale Elektronik für skalierbare
Fraunhofer-Institut für Angewandte turen und beschreibe deren Verhalten mit Quantencomputer.
Festkörperphysik IAF elektrischen Modellen für CAD-Systeme. Dar-
Tullastraße 72 auf basierend entwerfe ich ultra-rauscharme
79108 Freiburg Schaltungen, die für einen kryogenen Betrieb
www.iaf.fraunhofer.de optimiert sind.
9
Fraunhofer IPMS
Aus den Instituten
Neue Fähigkeiten in der Prozessierung
für die nächste Generation der MEMS
und MOEMS Fritz Herrmann. © Fraunhofer IPMS
Fritz Herrmann, Technical Sales Manager am Fraunhofer IPMS, berichtet in
Fritz Hermann hat in Dresden Wirt-
seinem Interview über die neue Fähigkeit des Instituts, »intelligent BSOI schaftsingenieurwesen studiert. Nach
Wafer« herzustellen. Damit lassen sich MEMS und MOEMS mit anspruchs- einem Praktikum bei BMW zog es ihn
vollen Eigenschaften realisieren, die mit konventionellen Fertigungsansät- zur Fraunhofer-Gesellschaft. Er star-
tete als wissenschaftlicher Mitarbei-
zen und Technologiekonzepten kaum möglich sind. ter beim Fraunhofer IWS. Die Freu-
de an der Halbleiterei und der Kon-
Herr Herrmann, was bedeutet rung im Bereich der Waferbearbeitung
takt zu Industriekunden zog ihn ans
»intelligent BSOI«? Features wie vergrabene Leiterbahnen oder
Fraunhofer IMPS, wo er inzwischen
Kavitäten zu den Device Layern hinzufügen,
seit zweieinhalb Jahren als Techni-
BSOI steht für »bonded silicon on insulator« um die Kundenanforderungen noch indivi- cal Sales Manager arbeitet. Hier ist
und bezeichnet einen speziellen Waferauf- dueller zu adressieren und einen Schritt er zuständig für Akquise und Projekt-
bau, welcher als Ausgangsmaterial unter weiterzugehen. Nicht zuletzt dadurch soll planung. Gleichzeitig leitet er eige-
anderem für moderne MEMS-Technologien das Marktangebot an standardisierten ne Projekte, vertritt das Institut bei
(MEMS = Micro-Electro-Mechanical-Systems) BSOI-Wafern erweitert werden. Messen, hält Fachvorträge und freut
zur Anwendung kommt. Der Aufbau eines sich gleichzeitig immer auf jeden Tag,
BSOI-Wafer besteht grundlegend aus einem Wie konnte die Forschungsfabrik den er im Reinraum verbringen kann.
»Handlewafer« auf dem eine Oxidschicht Mikroelektronik Deutschland dabei
abgeschieden ist. Die oberste, abschließende unterstützen?
Schicht, der sogenannte »Device Layer«, ist
eine angepasste Schicht, welche in diversen Durch die Unterstützung der FMD konnten
Technologien zur Anwendung kommt, auch wir einen sogenannten »Grinder« beschaf-
über den MEMS-Bereich hinaus. fen, der für das Abdünnen der Wafer ge-
nutzt wird um die Zieldicken der Device
Wofür ist das nützlich? Layer einzustellen. Zudem haben wir durch
die FMD eine 5-Zonen-CMP erhalten, die
Die Nachfrage an BSOI-Wafern steigt jähr- die Oberflächen planarisiert und so die
lich. Vor allem im MEMS-Bereich deswegen, Wafer zunächst fürs Bonden und anschlie-
weil anspruchsvolle Sensoren diese Wafer als ßend auch für eine produktive Substrat
Ausgangsmaterial benötigen. Dabei werden bearbeitung final präpariert. Wir sind sehr
die Device Layer derzeit typischerweise mit stolz, dass wir im Rahmen der Forschungs-
unterschiedlichen Dicken, Materialien oder fabrik Mikroelektronik Deutschland diese
Dotierungen angeboten. Das Fraunhofer- zwei Anlagen zur Verfügung gestellt be-
Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS kommen haben, die uns nun befähigen,
möchte nun mit seiner langjährigen Erfah- intelligente BSOI-Wafer zu fertigen.
Neben seiner Arbeit als Technical
Sales Manager hält Fritz Herrmann
auch regelmäßig Fachvorträge für
das Fraunhofer IPMS.
© Fraunhofer IPMS
Kontakt:
Fritz Herrmann
fritz.herrmann@ipms.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Photonische
Mikrosysteme IPMS
Maria-Reiche-Straße 2
01109 Dresden
www.ipms.fraunhofer.de
10
Fraunhofer
Aus EMFT
den Instituten
Innovative Chipintegration in Systeme
der Mensch-Maschine-Interaktion
Frank Vanselow. © Fraunhofer EMFT
In Bereichen wie Industrie 4.0, Smart Health, Smart Security und Automo-
tive kommen zunehmend intelligente Systeme für die Mensch-Maschine-
Frank Vanselow studierte Elektro- Interaktion zum Einsatz. Hierbei sind Sensorsysteme für den nonverbalen
technik an der Ruhr-Universität Bo- Informationsaustausch im Nahdistanz- und Kontaktbereich sowohl für die
chum. Nach seinem Abschluss 1991
Funktionalität als auch die Sicherheit essentiell.
entwickelte er bei der Grundig E.M.V.
RF-Empfangs- und Sendemodule für
Die wachsenden Anforderungen hinsichtlich Welche kniffligen Herausforderungen
die damals neuen digitalen Übertra-
einer energieeffizienten 3D-Erfassung und haben Sie bereits im Projekt gelöst?
gungsformate für Rundfunk und Fern-
einer schnelleren Signalverwertung sind je-
sehen. 1997 wechselte er zu Texas
doch mit derzeit verfügbaren Lösungen Wesentliche Herausforderungen bestanden
Instruments, wo er in verschiedenen
nicht realisierbar. Fraunhofer-Forschende in der Synthese von Lösungsmöglichkeiten
Funktionen die Entwicklung von RF-
ICs und DC-DC Konvertern unter- aus vier Instituten entwickeln im Projekt für die Reduktion der Zahl der externen
stützte. Er leitete dort das internati- »ProtaktilUS« neue Ansätze. Die Ergebnisse Komponenten, der Hochspannungsansteue-
onale Entwicklungsteam für die Low- sollen in eine modularisierte MEMS-Techno- rung der MEMS Strukturen und die Umset-
Power DC-DC Konverter. Seit 2016 logie- und Sensorplattform einfließen. zung in eine vollintegrierte Lösung. Wir
befasst er sich als Gruppenleiter für können nun zum Beispiel mit unserem An-
die integrierte Schaltungstechnik an Herr Vanselow, was ist Ihre Aufgabe im satz die Ultraschall CMUT-Elemente ohne
der Fraunhofer EMFT in München mit Projekt? externe DC-Blocking Elemente ansteuern
smarten Sensorsystemen, neuromor- und trotzdem im rauscharmen Vorverstärker
pher Hardware und Frequenzsynthese. Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen mit Niederspannungstransistoren arbeiten.
aus den Fraunhofer-Instituten IPMS, IKTS Diese Lösung wird uns in Zukunft die
und IFF arbeiten wir an der erstmaligen nächsten Schritte bei der Integration von
Chipintegration hochauflösender kapazitiver Ansteuerelektronik und MEMS-Elementen
entweder in einem System-in-Package oder
monolithischen Ansatz ermöglichen.
Die Projektarbeiten sollen den Grund-
stein für ein neues Fraunhofer-Geschäfts
feld legen. Welche Erwartungen sind
damit verbunden?
Mit den entwickelten Modulplattformen
MEMS, Elektronik und Signalverarbeitung
wollen wir zukünftig den Zugang zu wei
teren Applikationsfeldern in industriellen,
medizintechnischen, Consumer-orientierten
und sicherheitsbezogenen Sektoren eröffnen.
Was fasziniert Sie an der Entwicklung
neuartiger Schaltungstechnik beson-
ders?
Seit vielen Jahren bin ich immer wieder
davon begeistert, welche neue Aufgaben-
Messaufbau für einen achtkanaligen stellungen bei dem Entwurf integrierter
Ultraschalltransceiver-Chip. und ultraschallerzeugender Elemente auf Schaltungen und speziell bei dem Design
© Fraunhofer EMFT einer CMOS-kompatiblen Plattform. Kon- von analogen Schaltungen auftreten. So
kret wollen wir die Leistungsfähigkeit unse- werden wir für wichtige Themen auch in
res Ansatzes am Beispiel des reaktiven Grei- Zukunft neue Lösungen benötigen. Wie
Kontakt: fens in der Robotik zur Handhabung und können wir zum Beispiel den Energiehun-
Frank Vanselow zur Identifikation unterschiedlich beschaffe- ger des Internets durch neuromorphe oder
frank.vanselow@emft.fraunhofer.de ner Objekte demonstrieren. Unser Part hier Quantencomputer reduzieren oder wie kön-
Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme an der Fraunhofer EMFT ist die Miniaturisie- nen wir durch smarte Sensorlösungen beim
und Festkörper-Technologien EMFT rung der mehrkanaligen Hochspannungs- Umweltschutz helfen? Das macht für mich
Hansastraße 27 d elektronik, die für die Ansteuerung der mik- die Faszination an diesem Thema aus.
80686 München roelektromechanischen Ultraschallwandler
www.emft.fraunhofer.de benötigt wird.
11Fraunhofer FHR
Aus den Instituten
Neue 3D-Drucker für Hochfrequenz
komponenten am Fraunhofer FHR
Aus Aluminium gedruckter Hohl
Ende 2020 erweiterte das Fraunhofer FHR seinen Standort Villip mit neuen leiter-Filter für den Einsatz im
Frequenzbereich von 100 GHz.
Anlagen. Die ergänzende 5-Achs-Maschine, der Metalldrucker und das Die Dicke der feinen Lamellen
Kunststoff-Laser-System wurden im Rahmen der Forschungsfabrik Mikro innerhalb des Hohlleiters beträgt
elektronik Deutschland beschafft. Alex Shoykhetbrod ist einer der Forschen- ca. 200 µm. © Fraunhofer FHR
den, der an den drei Maschinen arbeitet. Heute erzählt er uns über die
Vorteile der additiven Fertigungsverfahren.
Herr Shoykhetbrod, wie würden Sie komplexe Geometrien, geringe Gewichtsan-
Ihrer Großmutter Ihre Arbeit erklären? forderungen, Einsatz von Materialverbünden. Alex Shoykhetbrod wurde 1983 in
Odessa in der Ukraine geboren. Er
schloss 2009 sein Studium der Tele-
Ich arbeite am Fraunhofer-Institut für Hoch- Wofür sind die neuen 3D-Drucker
kommunikationstechnik an der Fach-
frequenzphysik und Radartechnik FHR in der nützlich?
hochschule Koblenz mit Diplom ab.
Abteilung Integrierte Schaltungen und Sen-
Im Jahr 2012 erhielt er den M.Eng.
sorsysteme und würde die Erklärung mit Die neuen Fertigungsmöglichkeiten in Kom-
an der Fachhochschule Koblenz in
einem Zitat von Charles Darwin anfangen: bination mit den traditionellen Verfahren
Systems Engineering. Seit Novem-
»Es ist nicht die stärkste Spezies, die über- ermöglichen es uns am Institut, schnell und
ber 2012 ist er am Fraunhofer FHR in
lebt, auch nicht die intelligenteste, sondern agil auf die Anforderungen unserer Auftrag
Wachtberg als wissenschaftlicher Mit-
eher diejenige, die am ehesten bereit ist, sich geber zu reagieren. Mithilfe der neuen
arbeiter tätig. Sein Hauptforschungs-
zu verändern«. Genau diesen Aspekt versu- Maschinen sind wir in der Lage, erweiterte
bereich umfasst die interdisziplinäre
chen wir in unserer Forschungsgruppe zu Antennen-Konzepte, Wellenleiter-Komponen Forschung an integrierten Millimeter-
adressieren. Jedes Projekt im Millimeterwel- ten, Filterstrukturen und Meta-Materialien wellen-Systemen. Seit neuestem bein-
len-Bereich ist einzigartig und bringt ver- zu fertigen. Diese existierten aufgrund der haltet dies auch den Einsatz der addi-
schiedene Herausforderungen mit sich: hohen mechanischen Komplexität bis heute tiven Fertigungstechnologien.
nur konzeptionell in einer Simulationsum-
gebung. Der ausgebaute additive Fertigungs
park in Villip ist dadurch sicherlich ein
»Game-Changer«.
In welche anderen Bereiche fließen die
Ergebnisse Ihrer Arbeit mit ein?
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungs
bereichen für die unsere Arbeitsergebnisse
relevant sind. Ein Beispiel hierfür ist das
Wärmemanagement, denn insbesondere
Radarsysteme mit hoher Ausgangsleistung
müssen effizient gekühlt werden. Mit addi-
tiven Fertigungsverfahren lässt sich die
Oberfläche eines Kühlkörpers signifikant er-
weitern, was zur Steigerung des Wirkungs-
grades führt. Gleichzeitig kann dieser Kühl-
körper auch noch andere Zwecke erfüllen
und beispielsweise als Teil eines Wellenlei-
tersystems fungieren. Im Vergleich zu den
traditionellen Fertigungsverfahren ermögli-
chen die Ergebnisse der neuen 3D-Drucker
außerdem einen höheren Freiheitsgrad bei
der Gestaltung der Hochfrequenzkompo-
nenten. Die flexible Kontrolle über die Geo- Kontakt:
metrie der Bauteile erlaubt eine Herstellung Alex Shoykhetbrod
von viel leichteren Komponenten bei gleich- alex.shoykhetbrod@fhr.fraunhofer.de
bleibender Funktionalität. Hierdurch können Fraunhofer-Institut für Hochfrequenz-
hochintegrierte Radarsysteme mithilfe luft- physik und Radartechnik FHR
getragener Systeme geflogen werden. Fraunhoferstraße 20
53343 Wachtberg
Alex Shoykhetbrod. © Fraunhofer FHR www.fhr.fraunhofer.de
12Unsere Standorte
Itzehoe
Geschäftsstelle
Anna-Louisa-Karsch-Straße 2
Berlin 10178 Berlin
Frankfurt/O.
Halle/Saale
Duisburg Dresden
Ilmenau Chemnitz
Wachtberg
Erlangen
Saarbrücken
Fürth/Nürnberg
Garching
Freiburg
München
Kooperationspartner in der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland
Fraunhofer EMFT München Fraunhofer IMS Duisburg Fraunhofer AISEC Garching
Fraunhofer ENAS Chemnitz Fraunhofer IPMS Dresden Fraunhofer FOKUS Berlin
Fraunhofer FHR Wachtberg Fraunhofer ISIT Itzehoe Fraunhofer IKS München
Fraunhofer HHI Berlin Fraunhofer IZM Berlin Fraunhofer IMWS Halle/Saale
Fraunhofer IAF Freiburg Leibniz FBH Berlin Fraunhofer IZFP Saarbrücken
Fraunhofer IIS Erlangen Leibniz IHP Frankfurt (Oder)
Fraunhofer IISB Erlangen
13Das Team der Geschäftsstelle
Dr. Michael Galetzka
stellv. Leitung der Geschäftsstelle | Zukunftsthemen
michael.galetzka@mikroelektronik.fraunhofer.de
Dr. Stephan Guttowski
Leitung der Geschäftsstelle
stephan.guttowski@mikroelektronik.fraunhofer.de
Christoph Galle
Business Development
christoph.galle@mikroelektronik.fraunhofer.de
Dr. Patrick Bressler
EU-Koordination | Zukunftsthemen
patrick.bressler@mikroelektronik.fraunhofer.de
Akvile Zaludaite
Kommunikation
akvile.zaludaite@mikroelektronik.fraunhofer.de
Bernd Hintze
Silizium-basierte Technologien
bernd.hintze@mikroelektronik.fraunhofer.de
14Dr. Andreas Grimm
Technologien der Verbindungshalbleiter
andreas.grimm@mikroelektronik.fraunhofer.de
Jörg Stephan
Business Development | Öffentliche Programme
joerg.stephan@mikroelektronik.fraunhofer.de
Dr. Dietmar Laß
Business Development
dietmar.lass@mikroelektronik.fraunhofer.de
Dr. Frank Hochschulz
Manufacturing Execution System
frank.hochschulz@mikroelektronik.fraunhofer.de
Romy Zschiedrich
Kommunikation
romy.zschiedrich@mikroelektronik.fraunhofer.de
Tina Leyli
Projektmanagement
tina.leyli@mikroeletronik.fraunhofer.de
15Unser Technologieangebot
Als ein Forschungsverbund für Anwendungen und Systeme der Mikro- und Nano-
elektronik sind wir in der Lage, maßgeschneiderte Technologie- und Systemlösungen
aus einer Hand anzubieten. Basierend auf dem breiten Technologieportfolio der
Kooperationspartner in der FMD haben wir sechs Technologieplattformen etabliert.
Diese bündeln die notwendigen Einzelkompetenzen – vom System Design bis zur
Prüfung und Zuverlässigkeitsbewertung – um Kundenbedarfe abzudecken.
Sensorsysteme Optoelektronische Systeme
Sensor Design, Fertigung, Integration, Vollständig integrierte optoelektronische Systeme
Charakterisierung and Test von Sensoren, für Bilderzeugung und -verarbeitung, sowie
auch in Systemen Kommunikation mit Tbit/s-Geschwindigkeit
Extended CMOS Microwave & Terahertz
Design, Fertigung und System- Cutting-edge-Bauelemente und Schaltkreise
Integration von CMOS-Schaltkreisen für Frequenzen bis in den THz-Bereich
Leistungselektronik MEMS Aktoren
Design und Fertigung von Leistungs- Design und Fertigung sowie
bauelementen, sowie deren Integration Charakterisierung, Prüfung und
in Module und Systeme Systemintegration
16AusFraunhofer ISIT
den Instituten
Ätz-Expertin am Fraunhofer ISIT
Oxidieren, Ätzen, Strukturieren, Polieren und Abscheiden gehören zum
Dr. Marie Christin Wolff. Arbeitsalltag von Dr. Marie Christin Wolff. Sie und Ihr Team beschäftigen
© Fraunhofer ISIT
sich am Fraunhofer ISIT mit Einzelprozessentwicklung in den Bereichen
Nasschemie, Galvanik und chemisch-mechanisches Polieren (CMP).
Dr. Wolff, woran arbeiten Sie und Ihr
Dr. Marie Christin Wolff studierte Che- Team gerade?
mie an der Universität Oldenburg und
promovierte anschließend im Bereich Einfach gesprochen stellen wir Mikrosysteme
anorganische Chemie an der Universi- her. Mein Team und ich entwickeln die Ein-
tät Hamburg im AK Heck. 2018 wech- zelprozesse für geplante Bauelemente und
selte sie an das Fraunhofer-Institut für kümmern uns um Prozessstabilität und das
Siliziumtechnologie ISIT und war dort zugehörige Equipment. Wir bearbeiten
zunächst im Bereich Galvanik und dabei so ziemlich alle Prozesse, die etwas
dann auch im Bereich Nasschemie mit (ätzenden) Flüssigkeiten zu tun haben –
tätig. Im Januar 2020 wurde sie Team- das ist quasi der gemeinsame Nenner des
leiterin der Fabrikation für Nassche- Teams. Dazu gehören elektrochemische Ab-
mie, Galvanik und chemisch-mecha- scheidungsprozesse in der Galvanik, aber
nisches Polieren. Seit Sommer 2020 auch chemisch-mechanisches Polieren von
vertritt Dr. Wolff das Fraunhofer ISIT Wafer-Oberflächen. Dazwischen liegen
im Wissenschaftlich-Technischen Rat
dann alle Ätz- und Reinigungsprozesse in
der Fraunhofer-Gesellschaft.
der Nasschemie. In der Forschungsfabrik
Mikroelektronik Deutschland und dem
Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik enga-
gieren wir uns derzeit in Expertengruppen,
um die gemeinsamen Erfahrungen der
Geräteverantwortlichen zu stärken. Hierbei
ergeben sich gute Netzwerke und Aus-
tauschplattformen. Wir können Kunden
aus diesem Pool einen Zweitlieferanten für
Prozesse aufzeigen, komplett andere Pro- Frau Dr. Wolff bei der Arbeit an der Sprühätz-
zesse anbieten oder Fachdiskussionen über anlage zum Bearbeiten von GaN-Oberflächen
Prozessführung anregen. im MEMS-Reinraum des Fraunhofer ISIT.
© Fraunhofer ISIT
Wofür ist Ihre Arbeit nützlich?
genpark, wie zum Beispiel Aluminiumscan-
Die Ergebnisse unserer Arbeit sind zentraler diumnitrid, Parylene oder Galliumnitrid.
Bestandteil für die Herstellung von MEMS- Aber auch das Testen von anderen Ätz
Komponenten und MEMS-Bauteilen. In medien, Schleifmaterialien oder Elektro
dem 1000 m² Reinraum des Fraunhofer ISIT lyten gehört dazu. Der Drahtseilakt besteht
leisten Nasschemie, Galvanik und CMP darin, die Prozesse trotz unterschiedlicher
einen wichtigen Beitrag in der Prozesskette, Substrate möglichst vergleichbar und repro-
um Sensoren, Aktoren und Post-CMOS- duzierbar hinzubekommen. Gleichzeitig
Integration zu realisieren. Wir ätzen bei- müssen die unterschiedlichen Anforderungen
spielsweise Elektrodenstrukturen und Mem- einer Machbarkeitsstudie mit einer Pilot
branen, scheiden Leiterbahnen und Pads ab fertigung und teilweise einer Produktion
und polieren Glas- und Metalloberflächen. an denselben Anlagen kombiniert werden.
Welchen Anteil hat die Mikroelektronik Was finden Sie besonders spannend an
in Ihrem Forschungsbereich? Ihrer Arbeit?
Kontakt: Schaut man sich die Kette der Erstellung Die Kombination aus Praxisnähe und den
Dr. Marie Christin Wolff von Bauelementen an, dann sind wir Teil Freiheiten, die eine Forschungsumgebung
marie.christin.wolff@isit.fraunhofer.de der Fertigung. In unserem Arbeitsalltag mit sich bringt, gefällt mir am besten. Au-
Fraunhofer-Institut für Silizium wenden wir unsere Prozesse auf unter- ßerdem bin ich noch nicht so lange in dem
technologie ISIT schiedliche Materialien und Stacks an. Eine Kosmos der Mikroelektronik und Silizium-
Fraunhoferstraße 1 unserer Hauptaufgaben ist dabei die Integ- technologie, sodass für mich jedes neue
25524 Itzehoe ration und Evaluierung von für uns neuen Projekt spannend ist.
www.isit.fraunhofer.de Materialien in unseren bestehenden Anla-
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