Das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) hat ein neues Photoniklabor eröffnet. Die Einrichtung ermöglicht die Entwicklung, Fertigung und Charakterisierung photonischer Chiplets am Standort Duisburg und erweitert die Beiträge des Instituts zur europäischen Pilotlinie APECS.

Photonische Chiplets nutzen Licht anstelle elektrischer Signale zur Datenübertragung. Das Prinzip kommt bereits in Glasfasernetzen zum Einsatz und gilt als wichtige Technologie für künftige Anwendungen in der Datenkommunikation, Medizintechnik sowie für KI-Infrastrukturen. Das Fraunhofer IMS fertigt die Bauteile im eigenen Reinraum auf 200-mm-Wafern und kombiniert photonisch integrierte Schaltungen mit CMOS-Ausleseschaltungen.

Das neue Labor umfasst knapp 50 m² und verfügt über zwei optische Messplätze. Diese ermöglichen die Charakterisierung photonischer Schaltkreise sowohl auf Chip- als auch auf Wafer-Ebene. Einer der Messaufbauten ist für Schaltkreise mit Gitterkopplern ausgelegt und nutzt ein Nanopositioniersystem mit sechs Freiheitsgraden sowie integriertem Drehtisch. Dadurch können optische Fasern mit hoher Präzision an die Lichteinkopplungspunkte von Wafern mit bis zu zwölf Zoll Durchmesser positioniert werden. Ein weiterer Messplatz dient der Untersuchung von Chips mit Seitenkopplern.

Zur Ausstattung gehören ein Superkontinuum-Laser mit einem abstimmbaren Wellenlängenbereich von 350 bis 2400 nm sowie ein Präzisionslaser für den Telekommunikationsbereich bei etwa 1550 nm. Ergänzt wird die Infrastruktur durch abstimmbare Filter und ein Spektrometer zur Analyse optischer Signale.

„Mit dem neuen Photoniklabor können wir unsere photonischen Chiplets jetzt von der ersten Idee bis zum getesteten Bauteil vollständig am eigenen Standort entwickeln und charakterisieren. Das gibt dem gesamten Netzwerk von APECS genau die Handlungsgeschwindigkeit, die ein europäisches Pilotlinienprojekt dieser Größenordnung braucht", sagt Prof. Dr. Anna Lena Schall-Giesecke, Leiterin Technology am Fraunhofer IMS.

Anlässlich eines Besuchs von Dr. Eric Fribourg-Blanc, Senior Programme Officer beim Chips Joint Undertaking der Europäischen Union, stellte das Institut die neue Infrastruktur vor. Dabei präsentierte das Fraunhofer IMS seine Beiträge zur Pilotlinie APECS. Dazu zählen die Entwicklung und Fertigung photonischer Chiplets, Design-Infrastrukturen für externe Nutzer sowie die erweiterten Charakterisierungsmöglichkeiten.

APECS („Advanced Packaging and Heterogeneous Integration for Electronic Components and Systems“) ist Teil des EU Chips Acts und soll die Forschungs- und Fertigungskapazitäten für Halbleitertechnologien in Europa stärken. Die Pilotlinie wird von der Fraunhofer-Gesellschaft koordiniert und von der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) umgesetzt. Insgesamt sind zehn Partner aus acht europäischen Ländern beteiligt. Die Gesamtfinanzierung beträgt 730 Millionen Euro über einen Zeitraum von viereinhalb Jahren.