Nano Device Technologies

Die Abteilung Nano Device Technologies integriert die Themenfelder:

Der Schwerpunkt der Abteilung liegt im Bereich der Nanobauelemente und Nanointegrationstechnologie. Dabei werden verschiedene Geschäftsfelder des Fraunhofer ENAS adressiert, insbesondere Mikro- und Nanoelektronik sowie Sensor- und Aktorsysteme.  

Prozesstechnologie

Die steigende Diversifizierung, die Entwicklung neuer Bauelemente und Architekturen führt zu größerer Materialvielfalt und somit zu neuen Integrations- und Kompatibilitäts-herausforderungen für Materialien und Prozesse. Das Themenfeld Nano-Prozessintegration adressiert u.a. die Einführung neuer Materialien und die Entwicklung von neuen Abscheideprozessen für diese Materialien, wie Atomlagenabscheidung (ALD). Die Integration in die Gesamttechnologie, Prüfung der Materialkompatibilität und –stabilität hinsichtlich der gewünschten (elektrischen)  Funktionalität der Materialien sind hier Schwerpunkte.

Mit der Elektronenstrahlbelichtungsanlage Vistec SB 254 steht ein sehr leistungsfähiges industrielles Tool zur Nanostrukturierung zur Verfügung. Durch die gegebene Flexibilität bezüglich Materialien und Substratgeometrien hat das Fraunhofer ENAS ein Alleinstellungsmerkmal gegenüber vielen anderen Forschungsinstituten und Halbleiterunternehmen. Wichtige Anwendungsbeispiele sind die Herstellung von Nanoimprint-Mastern, optischen Komponenten wie beispielsweise Beugungsgitter, plasmonische Nanostrukturen, Metamaterialien und mikro- und nanofluidische Kanalsysteme.

Darüber hinaus beschäftigt sich die Abteilung mit der Prozesstechnologie für das Back-End of Line (BEoL) und die 3D-Integration.

Nanobauelemente

Die Nutzbarmachung von Nanomaterialien wie Kohlenstoffnanoröhren in neuartiger Elektronik und Sensorik umfasst Entwicklungen zu Integrationstechnologien in verschiedene Systeme (z.B. MEMS, MOEMS, AISC), die mit Siliziumtechnologien kompatibel sind, aber auch neue Technologien für flexible Elektronik. Eine Nanotechnologieplattform wurde etabliert, die funktionelle Grundelemente wie Kohlenstoffnanoröhren-Transistoren mit hoher Integrationsdichte auf Waferlevel für die Forschung und Entwicklung sowie Anwendungen bereitstellt.

Weiterhin werden Memristoren entwickelt, welche sowohl digitale und analoge Datenspeicherung als auch digitale und analoge Informationsverarbeitung für Anwendungen im Bereich Maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz (KI) ermöglichen. Dies basiert auf Vorarbeiten am und in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Um energieintensive KI-Computer abzulösen, wird derzeit KI in energieeffiziente Allzweck-Mikrocontroller mit trainierbaren neuronalen Netzen integriert. Perspektivisch soll KI in anwendungsspezifische, analoge elektronische Schaltungen mit trainierbaren neuronalen Netzen und direkten Schaltungs-Sensor-Schnittstellen integriert werden. Dabei ist das neuronale Netz eine Crossbar-Schaltung mit Memristoren, welche Daten sowohl verarbeiten als auch speichern kann.

Im Bereich der Spintronik geht es am Fraunhofer ENAS vor allem darum, mehrdimensionale und besonders sensitive Magnetfeldsensoren auf Basis des GMR- (giant magnetoresistance) und TMR- (tunneling magnetoresistance) Effektes zu entwickeln und für verschiedene Anwendungsumgebungen nutzbar zu machen. Anwendungsbeispiele umfassen dabei u.a. die Messung der elektrischen Stromstärke sowie die Positions-/ Abstandsbestimmung unter besonderer Beachtung der Beherrschung magnetischer Störfelder.

Simulation

Die Simulation von Prozessen, Anlagen und Bauelementen unterstützt die Entwicklung neuer Technologien durch die Entwicklung und Optimierung der dafür erforderlichen Prozesse und Anlagen. Schwerpunkte sind die Simulation verschiedenster Abscheideprozesse, der damit abgeschiedenen Nanomaterialien sowie die Simulation von Nanobauelementen.

Die Abteilung kooperiert sehr eng mit dem Zentrum für Mikrotechnologien der TU Chemnitz sowie mit den Instituten der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland und des Leistungszentrums Funktionsintegration für die Mikro- und Nanoelektronik.

 

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