Plasmoniktechnologie ebnet den Weg für die Massenherstellung von Hochleistungs-Chips
Die Photoniktechnologie spielt eine wichtige Rolle für die Wirtschaft Europas und der Welt, da sie maßgebend für Innovationen in Sektoren wie z. B. IKT, Medizin, Energie, Rüstung, Fertigung, Landwirtschaft und Weltraum ist. Mit ihrer zunehmenden Verwendung wird es immer wichtiger, Wege zu finden, um die kostengünstige Massenproduktion von Photonikbauteilen zu erreichen. Dies beinhaltet die Fusionierung der Technologie mit standardisierten Produktionsprozessen, die mit fortschrittlichen Technologien für integrierte Elektronikschaltungen kompatibel sind. Anders gesagt, photonische und elektronische Funktionalitäten werden in einem Chip kombiniert. Das Problem sind die inkompatiblen Dimensionen. Während sich die Größe elektronischer Chips in Nanometern messen lässt, weisen Photonikchips eine Größe im Mikro- oder Millimeterbereich auf. Das EU-finanzierte Projekt PLASMOfab (A generic CMOS-compatible platform for co-integrated plasmonics/photonics/electronics PICs towards volume manufacturing of low energy, small size and high performance photonic devices) befasste sich mit dieser Herausforderung und überwand sie mithilfe von Plasmoniktechnologie. Zehn industrielle Partner sowie Universitäten und Forschungsinstitute kombinierten ihr Know-how und Fachwissen in integrierten Photonikschaltungen und Optoelektronik, um einen Plasmophotonikchip herzustellen. Das mittlerweile abgeschlossene Projekt hat die Massenherstellung dieser hochleistungsfähigen Bauteile möglich gemacht. Die Arbeit des PLASMOfab-Teams hat große Fortschritte in der Technologie herbeigeführt, die für die optische Datenkommunikation und für die Biosensorik bei patientennahen Anwendungen genutzt wird. Es wurden Plasmonikbauteile entwickelt, die mit komplementären Metalloxid-Halbleitern-Technologie (CMOS), welche bereits im Elektronikbereich Anwendung findet, kompatibel sind. Zudem wurde die Technologie genutzt, um fortschrittliche integrierte Photonikschaltungen mit integrierten Elektronikschaltungen für die Massenproduktion zu kombinieren. Standardisierte CMOS-Prozesse wurden angewandt, um CMOS-kompatible Metalle wie Aluminium, Titannitrid und Kupfer sowie Photonikstrukturen mit Elektronik zu verschmelzen. Wichtige Errungenschaften Eine wichtige Errungenschaft des Projekts war die Entwicklung eines neuartigen äußerst kompakten Plasmoniktransmitters. Das Bauteil weist eine Fläche von 90 x 5,5 µm² auf und überträgt über vier einzelne Transmitter mit einer Leistung von 0,2 TBit/s insgesamt 0,8 TBit/s (800 Gbit/s). Das Projektteam demonstrierte zudem, wie sich eine geringe Ausbreitungsdämpfung mithilfe CMOS-kompatibler Aluminium-Plasmonik-Wellenleiter mit kointegrierter Siliziumnitridphotonik erreichen lässt. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht. „Das oberste Ziel von PLASMOfab war es, der stetig wachsenden Nachfrage nach energiearmen, kleinen, hochkomplexen und hochleistungsfähigen massengefertigten integrierten Photonikschaltungen gerecht zu werden“, sagte Assistenzprofessor Nikos Pleros vom Projektkoordinator, der Aristoteles-Universität Thessaloniki, Griechenland, in einer Pressemitteilung, die auf der Website „Synopsys“ veröffentlicht wurde. „Wir haben dies durch die Entwicklung einer revolutionären, aber dennoch CMOS-kompatiblen Fabrikationsplattform für die nahtlose Kointegration von aktiven Plasmonikbauteilen in Photonik- und Elektronikbauteile erreicht.“ Die Partner gehen davon aus, dass sie durch die Weiterentwicklung dieser Technologie die deutlichen Vorteile von CMOS-kompatibler Plasmonik für die Anwendung bei integrierten Plasmonikschaltungen demonstrieren können. „Wenn das Beste aus den drei Bereichen Plasmonik, Photonik und Elektronik in einer einzigen Integrationsplattform zusammenläuft, werden integrierte Photonikschaltungen mit einer nie dagewesenen Leistung und Funktionalität realisiert, die auf einen vielfältigen Satz an Anwendungen und industriellen Bedürfnissen abzielen, während Anforderungen für die Massenproduktion erfüllt sind“, erklärte der leitende Forscher Dr. Dimitris Tsiokos von der Aristoteles-Universität. PLASMOfab wurde im Dezember 2018 abgeschlossen. Die Forschung hat zum Start von zwei neuen Unternehmen geführt, deren Ziele die Kommerzialisierung der neuen Technologien ist. Weitere Informationen: Projektwebsite
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Griechenland
