Interview mit Dr. Andreas Mai, Kommissarischer Leiter der Abteilung Technology am IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik

10.04.2017

Silizium in Hochform

Das IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik in Frankfurt (Oder) ist offizieller Weltrekordhalter: Im vergangenen Dezember gelang es den Wissenschaftlern des IHP, einen Heterojunction-Bipolar-Transistor auf der Basis von Silizium und Germanium bei einer Frequenz von 720 Gigahertz zu betreiben. Das ist eine bisher unerreichte Frequenz, wie Dr. Andreas Mai, Kommissarischer Leiter der Abteilung Technology am IHP, erklärt. In seiner Abteilung wird auch an siliziumbasierten Entwicklungen für die Photonik gearbeitet. „Die Neuentwicklungen können nicht nur in der Kommunikation, sondern auch in der Sensorik eingesetzt werden“, erklärt Dr. Mai.

 

 

 

 

 

 

© IHP 2016/Patrick Pleul: „Opto-elektronische Messung eines Hochgeschwindigkeits-Silizium-Photonik ICs“

 

Kurzporträt

Die IHP GmbH – Innovations for High Performance Microelectronics in Frankfurt (Oder) ist ein Institut der Leibniz-Gemeinschaft. 320 Mitarbeiter betreiben hier Forschung und Entwicklung zu siliziumbasierten Systemen, Höchstfrequenz-Schaltungen und -Technologien sowie neuen Materialien. Am Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik werden Lösungen erarbeitet für Anwendungsbereiche wie die drahtlose Kommunikation und die Breitbandkommunikation, für die Luft- und Raumfahrt, die Biotechnologie und Medizin, die Automobilindustrie sowie für die Bereiche Sicherheitstechnik und Industrieautomatisierung. Das IHP verfügt über einen 1000 Quadratmeter großen Reinraum der Klasse 1. Hier wird zum Beispiel eine Pilotlinie für technologische Entwicklungen und die Präparation von Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisen mit 0,13/0,25 µm-BiCMOS-Technologien betrieben. Dieser Service wird auch Kunden aus der Industrie angeboten.

 

 

 

 

 

 

 

© IHP 2016/Patrick Pleul: „SiGe-BiCMOS Hochgeschwindigkeitsverstärker für opto-elektronische Empfängerschaltkreise“

 

Lesen Sie hier das gesamte Portrait.

Interview

optiMST: Woran genau arbeiten Sie am IHP derzeit?

Dr. Andreas Mai: Zu unserer Abteilung Technology gehören mehrere Forschungsgruppen. Drei Forschungsschwerpunkte möchte ich exemplarisch benennen. Ein zentrales Forschungsthema ist der Einsatz von Siliziumtechnologie in der Photonik. Das ist ein ganz neuer Anwendungsbereich, den wir erschließen wollen. Bisher werden Glasfasern genutzt, um große Datenmengen über eine lange Distanz zu übertragen. Wir wollen Technologien entwickeln, um andere Wege – zum Beispiel innerhalb von Servern oder beim Anwender für diesen optischen Datenaustausch fit zu machen. Dafür müssen wir die schnelle Elektronik mit der Photonik verschmelzen. Als Grundmaterial für die Chips, die Licht in elektrische Signale umwandeln, nutzen wir Germanium auf Silizium. In das Silizium wird ein Gitter aufgebracht, welches Lichtwellen bricht und sie so in den Mikrochip leitet. Die Lichtleitung im Chip lässt sich auch für sensorische Anwendungen nutzen. Wir ummanteln die Siliziumstege mit Stoffen, die bestimmte Moleküle aufnehmen können. Dann wird alles in eine Testlösung getaucht. Je nachdem, welche Moleküle aus der Flüssigkeit aufgenommen werden, ändern sich die Messergebnisse der Lichtleitung. Wir können bereits zeigen, dass diese Methode prinzipiell funktioniert, was gegebenenfalls Anwendungen in der Medizin ermöglicht. Ein weiterer Bereich der Forschung beschäftigt sich mit graphenbasierten Prozessen. Wir entwickeln Herstellungs- und Bearbeitungsverfahren für eine einatomige Lage Kohlenstoff. Bei idealer Herstellung kann diese Graphenlage, die dünner ist als 1 Nanometer und die wir im Reinraum des Instituts herstellen können, sehr interessante mechanische und elektrische Eigenschaften erzielen, wie zum Beispiel eine deutlich höhere Leitfähigkeit als bei herkömmlichen Silizium Bauelementen. Ein weiteres und sehr junges Forschungsgebiet ist die Heterointegration von Bauelementen und Technologien.

optiMST: Was ist damit gemeint?

Dr. Andreas Mai: Silizium-Wafer sind in der Regel eine Scheibe, auf deren Oberfläche sozusagen in einem Zug Transistoren oder auch Widerstände hergestellt, das heißt monolithisch integriert werden. Heterointegration meint das Einbeziehen zusätzlicher Bauelemente – etwa ein Laser – und die Verbindung verschiedener Technologien wie etwa einer  III-V-Technologie – also Materialien aus der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Beispiel für Letzteres ist die Verdrahtung von Indium-Phosphid-Transistoren auf einem Si-Elektronikwafer. Um leistungsfähige Chips für komplizierte Schaltungen zu bekommen, werden auch Wafer temporär oder dauerhaft miteinander verbunden. Um elektrische Verbindungen zwischen verbundenen Wafern zu realisieren, entwickeln wir eine neue Form des Kontaktierens. Das sind tiefe, vertikale Kontakte aus Wolfram, die in die Siliziumscheibe gehen und von der Rückseite freigelegt werden können. Für den Anwender bedeuten diese TSV Through-Silicon-Via-Lösungen ein einfacheres Kontakten ohne Leistungsverluste wie sie beim Bonding mit Draht auftreten. Die technologischen Voraussetzungen für solche Arbeiten bietet unser Nano Lab, das im Januar eröffnet wurde.

  © IHP 2016/Patrick Pleul

optiMST: Zeitgleich mit der Eröffnung des Nano Labs wurde das zehnjährige Bestehen des Joint Labs mit der TH Wildau gefeiert. Was bringen solche Kooperationen dem IHP?

Dr. Andreas Mai: Sie bringen die Forschung voran und sind eine Möglichkeit, Fachkräfte für unser Institut zu interessieren. Mitarbeiter des IHP haben bei ihren Vorlesungen an Hochschulen die Möglichkeit, Studenten in der Lehre zu erleben. Wir können sie für Praktika, Bachelor- und Masterarbeiten sowie als Doktoranden gewinnen. Auf diesem Weg sind schon eine Reihe von Ideen entwickelt und umgesetzt worden. Außerdem: Fünf ehemalige Studenten der TH Wildau sind heute bei uns fest angestellt. Einige unserer Technologiemitarbeiter sind Absolventen der TU Berlin, mit der wir ebenfalls über ein Joint Lab kooperieren. Insgesamt haben wir acht Joint Labs mit Hochschulen und Universitäten. Wir haben Partner an der BTU in Cottbus, an der Universität Potsdam, der Humboldt-Uni in Berlin sowie in Poznań und Istanbul.

optiMST: Haben diese Kooperationen in der Forschung auch schon Firmenausgründungen angestoßen?

Dr. Andreas Mai: Aus unserer Abteilung nicht, jedenfalls nicht direkt. Aber das Berliner Unternehmen Sicoya GmbH – eine Ausgründung aus der TU Berlin – wurde durch unsere gemeinsame Forschungsarbeit wesentlich unterstützt. Sicoya bietet optische Transceiverchips für Serververbindungen an. Wir arbeiten immer noch eng zusammen. Was Ausgründungen betrifft, sehen wir am IHP aber noch Steigerungspotenzial. So wurde die 100-prozentige Tochter „IHP Solutions GmbH“ gegründet. Sie soll dabei helfen, Entwicklungen aus Forschungsprojekten zu identifizieren, die das Zeug dazu haben, auf dem Markt zu bestehen. Auf dem Weg zu marktreifen Produkten werden wir so auch die Zusammenarbeit der einzelnen Abteilungen am IHP weiter verbessern. Wenn also eine neue Siliziumtechnologie zum Beispiel für Anwendungen in der Kommunikation entwickelt wird, sollen die daraus entstehenden Ideen gemeinsam mit den Schaltkreis-und Systemdesignern vorangetrieben werden.

optiMST: Das IHP mit seinem Sitz in Frankfurt (Oder) liegt im äußersten Osten Brandenburgs. Ist dieser Standort für die Entwicklung des Instituts von Nachteil?

Dr. Andreas Mai: Nein, ganz und gar nicht. Wir sind auf unserem Fachgebiet ein Aushängeschild. Wenn wir uns auf internationaler Ebene als IHP vorstellen, fragt keiner mehr nach, wer wir sind. Und bisher sind alle Kunden, die Interesse an einer Zusammenarbeit mit uns hatten, auch zu uns gekommen. Wer zum ersten Mal zu uns kommt, ist überrascht, was ihm hier geboten wird. Es gibt kein vergleichbares Institut mit einem Reinraum, der so wie unserer betrieben wird. Er läuft im Schichtbetrieb und das rund um die Uhr. Hier werden Wafer für die Forschung, aber auch für industrielle Kunden gefertigt. Wir haben zahlreiche Stammkunden, für die wir Kleinserien produzieren. Über solche Serviceleistungen nimmt das IHP wichtige Drittmittel im Millionenbereich pro Jahr ein, die für den Forschungsbetrieb notwendig sind. Das IHP ist ganz offensichtlich auch als Arbeitgeber interessant. Im Jahr 2001 hatte das Institut 220 Beschäftigte, heute sind es 320. Ein großer Teil der Mitarbeiter kommt aus der Region. Aber das reicht nicht, um unseren Fachkräftebedarf zu sichern. Bei uns arbeiten Wissenschaftler aus 30 Nationen.

optiMST: Sie sind mit dem IHP Mitglied im Kompetenznetz OpTec BB. Was erwarten Sie sich davon?

Dr. Andreas Mai: Solche Netzwerke sind extrem wichtig, weil man hier mit Leuten und Firmen in Kontakt kommt, mit denen man im Tagesgeschäft nicht unbedingt viel zu tun hat. Ich wünsche mir allerdings, dass wir noch einen besseren Austausch zwischen den Mitwirkenden organisieren. Es müsste mehr geben als die Treffen der Netzwerkgruppen. So könnten wir mit konkreten Projektideen direkt zu den Kollegen gehen, die sich damit beschäftigen. Wir müssen vermitteln, wer an welchen Themen dran ist. Ich bin ganz guter Hoffnung, dass wir das hinbekommen.

Zur Person:

Andreas Mai stammt aus Guben und hat in Cottbus, an der heutigen Brandenburgischen Technischen Universität BTU Cottbus – Senftenberg, Physik studiert. Seine Diplomarbeit hat er im Bereich der Halbleiterphysik geschrieben und war dafür neun Monate lang bei AMD in Dresden. Danach – im Jahr 2006 – ging Andreas Mai ans Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik IHP nach Frankfurt (Oder). Dort war er zunächst wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand, wurde Projekt- und später Gruppenleiter. Heute ist der 36-jährige Dr. Andreas Mai Kommissarischer Leiter der Abteilung Technology sowie Leiter des Joint Labs vom IHP mit der TH Wildau.

© Andreas Mai, Foto: Ute Sommer

Das Interview führte Ute Sommer.

Kontakt:

IHP Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik
Dr. Andreas Mai
Kommissarischer Leiter der Abteilung Technology
Am Technologiepark 25
15236 Frankfurt (Oder)

Telefon:    +49 335 5625 660
E-Mail:      mai@ihp-microelectronics.com
Internet:    www.ihp-microelectronics.com

Profile 
Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik - IHP GmbH

weitere Informationen

Im Technologiepark 25
15236
Frankfurt (Oder)
Sicoya GmbH

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c/o TU Berlin, ER1-1, Straße des 17. Juni 135
10623
Berlin
Telefon 
+49 (0)30 / 314 26227

Sicoya entwickelt, assembliert und vertreibt anwendungsspezifische photonisch integrierte Schaltkreise (ASPICs) auf Basis der Siliziumphotonik für optische Verbindungen in Datenzentren. ASPICs werden als Chips oder im Package angeboten.
Sicoyas besondere Lösung liegt in der Kointegration ultra-schneller elektronischer BiCMOS Schaltungen für Treiber und Verstärker, mit photonischen Schaltkreisen auf einem einzigen Chip. Die Kerntechnologie beinhaltet den weltweit kleinsten Silizium-Modulator, von dem mehr als 10.000 Stück auf einem Quadratmillimeter prozessiert werden können. Diese Größenreduktion überträgt sich direkt in eine höhere Energieeffizienz bezüglich der Elektronik und der Nutzung des Lichtes aus der Laserquelle, wodurch eine herausragende Performance bezüglich Energieverbrauch, Zuverlässigkeit und Signalintegrität erreicht wird. Der ASPIC wird durch neuartige Aufbautechnik mit zusätzlichen CMOS Chips in einem Package mit optischen Schnittstellen zusammengeführt.
Dies erlaubt die kosteneffiziente und skalierbare Herstellung hochintegrierter optischer Transceiver ASPICs. Zusätzlich können OEMs Sicoyas ASPIC-Chips mit zusätzlichen ASICs in ihr eigenes Package übernehmen. Kunden sind System- und Modulhersteller in einem B2B Verhältnis.

Technische Hochschule Wildau

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15745
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Technische Hochschule Wildau – Kompetenter Partner für Wirtschaft und Wissenschaft

Mit der 1991 gegründeten Technischen Hochschule Wildau erhielten die akademische Lehre und die wissenschaftliche Forschung und Entwicklung in der Region südöstlich von Berlin einen festen Platz und einen herausragenden Stellenwert. Wirtschaft und Wissenschaft, aber auch öffentliche Verwaltung profitiert unmittelbar davon – durch die zielgerichtete Gewinnung von jungen Fach- und Führungskräften aus den Reihen der Absolventinnen und Absolventen, FuE-Kooperationen und -Projekte, Netzwerke für den Wissens- und Technologietransfer sowie speziell auf die Bedürfnisse der Unternehmen und Einrichtungen zugeschnittene Weiterbildungsprogramme.

Zertifizierte Qualität und enger Praxisbezug sind besondere Kennzeichen der 28 Ingenieur-, wirtschafts- und verwaltungswissenschaftlichen sowie juristischen Studiengänge im Direkt- und berufsbegleitenden Studium an der mit mehr als 4.200 Studierenden größten (Fach)Hochschule des Landes Brandenburg. Die komplette Umstellung von Diplom- auf Bachelor- und Master-Abschlüsse hat den akademischen Charakter der TH Wildau erheblich gestärkt.

Arbeitsgruppe Photonik, Laser- und Plasmatechnologien

Die Arbeitsgruppe Photonik, Laser- und Plasmatechnologien unter der Leitung von Prof. Dr. rer. nat. habil. Sigurd Schrader vertritt die Arbeitsgebiete der Photonik, der optischen Technologien sowie der Laser- und Plasmatechnologien sowohl in der Lehre als auch in der angewandten Forschung. Die AG befasst sich mit den Bereichen:

  • Materialsynthese und Untersuchungen
  • Herstellung optoelektronischer Bauteile und Komponenten
  • Charakterisierung von optoelektronischen Bauteilen und Komponenten
  • Prozesscharakterisierung und Optimierung.

Die Forschung erfolgt in enger Kooperation mit industriellen Partnern, vorwiegend mit klein- und mittelständischen Unternehmen aus der Hauptstadtregion Berlin-Brandenburg, aber auch mit Forschungseinrichtungen und Universitäten in nationalen und internationalen Netzwerken.

Mit dem IHP Leibniz Institut für innovative Mikroelektronik GmbH, Frankfurt (Oder) besteht eine enge vertragliche Zusammenarbeit im Rahmen eines gemeinsamen Forschungs- und Ausbildungszentrums (Joint Lab). Arbeitsschwerpunkte sind die Entwicklung neuartiger siliziumbasierter Bauelementekonzepte und Technologien für die Hochgeschwindigkeitselektronik und Photonik, die gemeinsame Lehre und Ausbildung auf dem Gebiet der Mikroelektronik und die Entwicklung neuartiger siliziumbasierter Bauelementekonzepte und Technologien für die Hochgeschwindigkeitselektronik und Photonik. Im Joint Lab werden unter anderem Verfahren zur Erzeugung von Graphenschichten untersucht, um höherer Grenzfrequenzen bis in den Teraherz-Bereich und damit neue Anwendungen in der Sensorik und Medizintechnik zu erschließen.

www.th-wildau.de/forschungsgruppen/ag-schrader/startseite-ag-schrader.html

Arbeitsgebiet Mikrosystemtechnik

Die Mikrosystemtechnik wird im Rahmen der Lehre und angewandten Forschung von Prof. Dr. rer. nat. Andreas H. Foitzik vertreten. Es dominieren hardware-orientierte Inhalte. Schwerpunkt ist die biologische Mikrosystemtechnik für Life-Science-Produkte und -Anwendungen. Dafür stehen ein Reinraum (für Strukturen bis zum Nanometer-Bereich) und ein Kunststofflabor (für die schnelle Umsetzung von Prototypen) zur Verfügung. Das Leistungsspektrum des Arbeitsgebietes umfasst

  • Bauteile für Biochips und Biosensoren
  • Reaktoren im Makro- und Mikrobereich (auch Mikrofluidik)
  • Bearbeitung von Oberflächenstrukturen
  • Aufbau- und Verbindungstechnik (verbinden von kleinen Bauteilen zu einem großen System)
  • Integration von Schaltungen (Signalverbindung der Mikro- mit der Makrowelt)
  • Messen und Regeln des Gesamtsystems
  • Mikrostrukturierung
  • Mikro- und Makrospritzgießen kleiner Bauteile aus Kunststoff
  • Fräsen von Mikrobauteilen aus Kunststoff oder Metall
  • Mechanische und optische Materialprüfung.

Knowhow und Infrastruktur des Arbeitsgebietes stehen auch für Anwendungen außerhalb der biologischen Mikrosystemtechnik zur Verfügung.

www.th-wildau.de/en/im-studium/fachbereiche/igw/igw-studiengaenge/bb-for...