黑料福利网

Fotonische chips, die werken op licht in plaats van elektriciteit, bestaan al in verschillende hoedanigheden. Een daarvan is gebaseerd op silicium, dat ook de basis vormt voor de huidige halfgeleiderindustrie, waardoor deze fotonische chips in theorie met de bestaande mogelijkheden al vrij snel massaal kunnen worden geproduceerd.

鈥淪ilicium is een soort gebakken zand鈥�, versimpelt hoogleraar Peter Baltus. 鈥淗andig, want de stranden liggen er vol mee. En het is een makkelijk be茂nvloedbaar materiaal met bijzondere eigenschappen. Er kan een beetje stroom doorheen, oftewel 鈥榞eleiden鈥�, maar het kan die stroom ook tegenhouden, dus het werkt tegelijk als een isolator. Half dit en half dat eigenlijk. Vandaar ook de term halfgeleiders.鈥�

Nieuwe technologie in de chipproductie

Essentieel aspect van fotonische chips is echter dat er geen stroom (elektriciteit) doorheen gaat, maar licht. 鈥淒an ben je dus minder afhankelijk van halfgeleiders, maar vooral van glasvezels. Die kennen we allemaal wel van onze internetverbindingen, maar in de chipproductie is het nog een opkomende technologie. En we kunnen nog niet alle elektronische onderdelen op de huidige chips vervangen om licht daarop door te laten鈥�, schetst Baltus het probleem.

Silicium laat echter nog wel wat te wensen over als het gaat om fotonische chips. Je kunt er bijvoorbeeld geen lasers of lichtbronnen in maken. Indiumfosfide daarentegen, is een materiaal dat zeer geschikt is voor fotonische chips met lasers. Het is echter nog incompatibel met andere essenti毛le onderdelen van de chipsproductie. 鈥淒e mogelijkheden voor verbinding tussen elektronica en fotonica zijn nog te beperkt鈥�, vat Baltus simpelweg samen. 鈥淗et ideaal is om uiteindelijk alles op 茅茅n chip te maken waar elektronische en fotonische componenten op zitten. Maar voor nu moeten we vooral kijken wat de opties zijn om verschillende technologie毛n te combineren en uitzoeken waar we ons geld op zetten.鈥�

Gigantische hoeveelheid data

In de chipsindustrie kan fotonica dus niet zonder elektronica om de schaalsprong mogelijk te maken waar de rappe digitalisering van ons moderne leven om vraagt. Maar waarom heeft elektronica eigenlijk licht nodig op chips, zo draait Baltus鈥� wetenschappelijke collega Martijn Heck de vraag om: 鈥淒at heeft te maken met de gigantische hoeveelheid data die we continu over en weer versturen, van apparaten via datacenters naar andere apparaten. Zeker nu de ontwikkeling van kunstmatige intelligentie (AI, red.) exponentieel groeit.鈥�

鈥淎l die apparaten en datacenters werken met chips en daarop wordt data elektronisch via metalen pinnetjes doorgestuurd. Maar er moet tegenwoordig zoveel data doorheen dat het bijna niet meer door die pinnetjes past. Op een gegeven moment moet je die pinnetjes vervangen door lichtkanaaltjes. En dat betekent dat die chips ook fotonica moeten bevatten. Niet zozeer om berekeningen te maken, maar om de data aan en af te voeren.鈥�

Op 茅茅n elektronische chip zitten hypothetisch gezien wel 160 miljoen transistorradio鈥檚.

Hoogleraar Peter Baltus

Een andere uitdaging is dat de steeds kleiner wordende onderdelen op chips, zoals transistoren, inmiddels de grootte van een atoom benaderen. 鈥淥p 茅茅n huidige elektronische chip zitten hypothetisch gezien wel 160 miljoen transistorradio鈥檚鈥�, visualiseert Baltus. Naar de fabricagemethoden om op steeds kleinere schaal zulke componenten te maken, lopen andere onderzoeken binnen de 黑料福利网. Desondanks speelt die beperking mee bij de behoefte aan een nieuw type chips die de groei van ons dataverkeer kunnen bijbenen.

Kortom, er is geen one size fits all oplossing voor alle grote digitale uitdagingen van de komende decennia. De werelden van het ontwerpen van chips, processen en materialen, en de apparatuur (equipment) moeten samenkomen. 鈥淒it is het tijdperk van heterogene integratie鈥�, zo verwoordt Heck. 鈥淢aar hoe? Dat is de open onderzoeksvraag. De chip is al de meest geavanceerde technologie ooit en nu moeten we naar een hybride - of beter gezegd heterogene - variant, die nog complexer is. Aan die vierkante centimeter werkt momenteel de hele wereld samen.鈥�

Printtechniek voor heterogene chips

Binnen die samenwerking heeft de 黑料福利网 een bijzondere koppositie. In ieder geval met het project INSPIRE, een Europees project onder co枚rdinatie van Heck waarin een schaalbare, robuuste en kosteneffici毛nte printtechniek wordt ontwikkeld voor zo鈥檔 heterogene chip.

Heck: 鈥淛e kunt chips op verschillende manieren met elkaar combineren. Het makkelijkste is om twee verschillende chips naast elkaar te leggen en met kleine draadjes ertussen letterlijk een bruggetje te maken. Of je legt ze op elkaar met kleine soldeercontactjes zodat je verticale elektrische verbindingen krijgt. In INSPIRE leggen we ook chips op elkaar, maar dan om verticaal optische verbindingen te krijgen. Daarvoor heb je zeer nauwkeurige apparatuur nodig.鈥�

Heck benadrukt dat zulke heterogene fotonische-elektronische chips nog niet bedoeld zijn voor de toepassingen waar wij in het dagelijks leven mee te maken hebben. 鈥淒enk dan vooral aan communicatie in bijvoorbeeld datacenters, waar al die servers met elkaar verbonden zijn met optische glasvezels. Of aan sensoren die onderdelen in vliegtuigvleugels, bruggen of wegen meten zodat we weten of daar iets fout zit. Dat gaat ook via glasvezels, dus belangrijk om daar de juiste chips voor te hebben.鈥�

Tech push in plaats van applicatie pull

De enorme vlucht die sensoren nemen in allerlei soorten toepassingen (automotive, internet of things, wearables, etc.) leidt dus tot een grote behoefte aan het combineren van verschillende technologie毛n op chips. 鈥淥verigens niet altijd vanuit de markt鈥�, stelt Heck. 鈥淒it is een van de weinige technologie毛n waar we het over tech push mogen hebben in plaats van een applicatie pull. De geschiedenis leert dat we deze ontwikkeling in de toekomst nodig hebben. En het kost tien tot vijftien jaar om te ontwikkelen, dus daar zit de urgentie. Toepassingen komen vanzelf wel, daar hoeven we ons geen zorgen over te maken.鈥�

De geschiedenis leert dat we deze ontwikkeling in de toekomst nodig hebben.

Hoogleraar Martijn Heck

Pionieren in alle opzichten dus. Ook daarmee heeft de 黑料福利网 een voorsprong als onderdeel van de hightech hotspot Brainport, een ecosysteem met belangrijke partijen in de halfgeleiderindustrie zoals ASML, ASM en NXP. Of, zoals Baltus het omschrijft, 鈥榚en fijne omgeving waar iedereen openstaat voor die knettergekke idee毛n van ons.鈥� 鈥淒e universiteit is een geweldige plek om risicovolle mogelijkheden uit te proberen. Studenten en promovendi doen het gewoon, die zijn niet bezig met 鈥榳aarom niet鈥�. En de bedrijven om ons heen zijn dan weer bereid om met die oplossingen aan de slag te gaan.鈥�

Wat we hier aan innovaties genereren dankzij intensieve samenwerking tussen bedrijven en instituten, is behoorlijk uniek.

Hoogleraar Peter Baltus

鈥淲at we hier aan innovaties genereren dankzij die intensieve samenwerking tussen bedrijven en instituten, is behoorlijk uniek. We gunnen elkaar iets, of meer dan dat, we vinden het leuk om samen te innoveren. Dat heeft zeker meegeholpen aan ons succes in de chipsontwikkeling. Ook de uitstekende samenwerking tussen verschillende onderzoeksgroepen binnen de 黑料福利网 is niet vanzelfsprekend. In andere wetenschappelijke omgevingen is dat echt anders. We lopen de cleanrooms in en uit bij elkaar, bij wijze van spreken.鈥�

Over cleanrooms gesproken; ook daarmee gooien we als universiteit hoge ogen, aldus Heck: 鈥淲e beschikken over een wereldleidende cleanroom voor het produceren van indiumfosfide chips, het NanoLabTUe. Deze cleanroom staat academisch gezien in de internationale top drie.鈥� Daarnaast heeft de 黑料福利网 een sterk track record van uit de universiteit voortgekomen startups zoals ProDrive, Smart Photonics, Effect Photonics, MicroAlign, MantiSpectra en ANTENNEX. Al die krachten bij elkaar maken dit ecosysteem de ideale plek om de productie van heterogene computerchips in een stroomversnelling te brengen.