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AMO und die führende Photonikindustrie kooperieren zur Weiterentwicklung der PIC-Technologie mit Plasmonik

EU-Projekt PLASMOfab erfolgreich abgeschlossen

Mai 2019 – Das aus dem EU-Innovationsprogramm Horizon 2020 finanzierte Forschungsprojekt PLASMOfab wurde erfolgreich abgeschlossen, um die Massenproduktion von plasmo-photonischen Hochleistungskomponenten zu ermöglichen. Das 2016 gestartete Projekt hat führende Industriepartner und hochrangige Wissenschafts- und Forschungsinstitute zusammengebracht, die aktiv an der Wertschöpfungskette der photonischen integrierten Schaltungen (PIC) und der Optoelektronik arbeiten, darunter die AMO GmbH.

Das dreijährige Forschungsprojekt hat deutlich dazu beigetragen den Stand der Technik im Bereich der PICs und der CMOS-kompatiblen Plasmonik für die optische Datenkommunikation sowie der Biosensorik für Point-of-Care-Anwendungen signifikant zu verbessern. Im Rahmen von PLASMOfab wurde eine CMOS-kompatible Plasmonik entwickelt mit dem Ziel fortschrittliche PICs mit elektronischen ICs für die Serienfertigung zusammenzuführen. Im Mittelpunkt des Projekts stehen CMOS-kompatible Metalle und photonische Strukturen, die sich mittels standardisierter CMOS-Prozesse harmonisch in die Elektronik integrieren lassen. Im Rahmen der Projektvalidierung wurde die PIC-Plattform zusammen mit fortschrittlichen Peripheriegeräten eingesetzt, um hauptsächlich funktionale Module mit bisher unerreichter Leistung zu entwickeln.

Einen entscheidenden Projektbeitrag stellt die Entwicklung eines bahnbrechenden, ultrakompakten Plasmoniksenders dar mit einer Grundfläche von 90 x 5,5 µm² zur Übertragung von 0,8 TBit/s (800Gbit/s) über 4 einzelne 0,2 TBit/s-Sender. Gezeigt werden konnten auch CMOS-kompatible plasmonische Wellenleiter mit geringstmöglichen Verlusten, wie in Nature’s Scientific Reports im September 2018 veröffentlicht.

„Das Hauptziel von PLASMOfab war es, den ständig steigenden Bedarf an massenproduzierten PICs mit niedrigem Energieverbrauch, geringem Flächenbedarf, hoher Komplexität und hoher Leistung zu decken“, sagte Nikos Pleros, Assistant Professor an der Aristoteles University of Thessaloniki, Griechenland. „Wir haben dies durch die Entwicklung einer revolutionären, aber CMOS-kompatiblen Fertigungsplattform für die nahtlose Ko-Integration aktiver Plasmonik mit photonischen und elektronischen Komponenten erreicht.“

Als Ergebnis der PLASMOfab-Forschung wurden zwei neue Unternehmen gegründet, um die neuen Technologien zu kommerzialisieren:

  • bialoom Ltd. wird die plasmo-photonischen Biosensoren in der mehrkanaligen und hochempfindlichen Point-of-Care-Diagnostik weiter erforschen, indem es Plasmoniksensoren mit integrierter Si3N4-Photonik, elektrischer Steuerung, Biofunktionalisierungstechniken und Mikrofluidik kombiniert.
  • Polariton Technologies Ltd. ist spezialisiert auf neue photonische und elektronische Technologien für den Test-, Sensor- und Telekommunikationsmarkt. Ihr energieeffizienter und platzsparender plasmonischer Modulator wandelt Mikrowellensignale in optische Signale um.

„Wir erwarten, dass die Weiterentwicklung CMOS-kompatibler plasmonischer Komponenten mit CMOS-Herstellungsverfahren und Photonik-Technologien die deutlichen Vorteile der Plasmonik für PICs aufzeigen wird“, sagte Dr. Dimitris Tsiokos, leitender Forscher an der Aristoteles University of Thessaloniki. „Wenn das Beste aus allen drei Welten Plasmonik, Photonik und Elektronik in einer einzigen Integrationsplattform vereint sind, werden PICs mit beispielloser Leistungsfähigkeit und Funktionalität realisiert werden können, die auf eine Vielzahl von Anwendungen und industriellen Anforderungen ausgerichtet sind und gleichzeitig die Anforderungen der Massenproduktion erfüllen.“

Ein erster wichtiger Schritt in Richtung Massenproduktion ist die Entwicklung eines sog. F&E-Prozessdesign-Kits (PDK) für den entwickelten Herstellungsprozess. Das PDK wurde bei AMO erfolgreich etabliert und wird den Kunden über die AMO Foundry Services angeboten.

„Wir freuen uns, dass wir in diesem Projekt eng mit unseren Partnern, insbesondere mit AMO und ams zusammenarbeiten konnten, um R&D PDKs für die neue PLASMOfab-Integrationstechnologie zu entwickeln“, sagte Twan Korthorst, Direktor von Synopsys‘ Photonic Solutions. „Die PDKs werden von unserer PIC-Designplattform unterstützt, die den branchenweit einzigen vollständigen Designfluss von der Ebene der photonischen Bauelemente über die PIC- bis hin zur Systemebene bietet.“

(Links) Bei AMO hergestellter PLASMOfab Chip auf Probenhalter
(Rechts) Dichtung für eine Mikrofluidikkappe (nicht dargestellt) auf dem gleichen Chip montiert
(Mitte) Raster-Elektronenmikroskop-(REM) Aufnahme der aktiven Sensorfläche bestehend aus einem plasmonischen Streifenwellenleiter aus Aluminium (Al) eingebettet in eine geätzte Aushöhlung auf der Chipoberfläche.
(Links und rechts) REM-Nahaufnahmen der Kopplungsbereiche zwischen plasmonischen und photonischen Wellenleitern.

Über PLASMOfab

PLASMOfab war ein dreijähriges Kooperationsprojekt zur CMOS-kompatiblen photonischen, plasmonischen und elektronischen Integration. Teilgenommen haben zehn führende akademische und wissenschaftliche Einrichtungen und Unternehmen: die Aristoteles University of Thessaloniki (Koordinator) (Griechenland), ams (Österreich), AMO (Deutschland), PhoeniX Software, jetzt Teil von Synopsys (Niederlande), ETHZ (Schweiz), Micram (Deutschland), Universität des Saarlandes (Deutschland), Austrian Institute of Technology (Österreich), University of Burgundy (Frankreich) und Mellanox (Israel). Das im Januar 2016 gestartete Projekt wurde durch das Programm Horizon 2020 der Europäischen Union im Teilbereich Forschungs- und Innovationsprogramme für die Informations- und Kommunikationstechnologie mit dem Förderkennzeichen 688166 gefördert. Um mehr über die Ergebnisse von PLASMOfab zu erfahren, besuchen Sie http://www.plasmofab.eu/.

Über AMO:

AMOs Ziel als gemeinnützige KMU ist es die Lücke zwischen universitärer Forschung und industrieller Anwendung effizient zu schließen. AMO identifiziert hierzu diejenigen Themen aus der Grundlagenforschung, welche für eine industrielle Umsetzung besonders geeignet scheinen, und demonstriert diese in anwendungsnaher Nanotechnologie. In Verbundprojekten wie PLASMOfab und in bilateralen Kooperationen werden Forschungs- und Entwicklungsergebnisse in die Industrie transferiert, um dort Arbeitsplätze zu schaffen und zu erhalten. Die Potentiale der Nanotechnologie werden somit in Anwendungsfeldern wie der Informationstechnologie, der Biotechnologie und der Umwelttechnik erschlossen. AMO betreibt unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Max Lemme einen hochmodernen 400 m² großen Reinraum und bietet ein Leistungsspektrum von der Beratung bis zur Prototypenentwicklung an.

Basierend auf dieser, Pressemitteilung von Synopsys: https://news.synopsys.com/2019-05-01-Synopsys-and-Photonics-Industry-Leaders-Partner-to-Advance-PIC-Technology-with-Plasmonics