Europees miljoenenproject ‘inspireert’ vooruitgang in fotonica
Het H2020-gefinancierde project INSPIRE ontketent een revolutie in fotonische chips met zogeheten microtransferprinttechnologie.
Onze toegang tot het internet wordt mogelijk gemaakt door onder meer fotonische chips (oftewel photonic integrated circuits, PIC's). Buiten het internet is er potentieel voor PIC-apparaten in de gezondheidszorg of sensortoepassingen. Het gebruik ervan in deze toepassingen is echter beperkt, vanwege problemen met schaalbaarheid en productie met hoge doorvoer. Het door de TU/e gecoördineerde en door H2020 gefinancierde project INSPIRE wil de manier veranderen waarop PIC-apparaten worden gefabriceerd, om ze geschikt te maken voor andere toepassingen dan communicatie en sneller op grote schaal te kunnen produceren. INSPIRE heeft bijna 5 miljoen euro aan financiering ontvangen en is onlangs officieel van start gegaan.
De technologische wereld is gebouwd op een fundament van elektronische apparatuur. De laatste jaren is het gebruik van fotonische apparatuur echter sterk toegenomen, met name als het gaat om toepassingen op het gebied van gegevensoverdracht. Deze fotonische apparaten zijn gebaseerd op materialen zoals silicium, siliciumnitride (SiN) en indiumfosfide (InP).
Hoewel deze apparaten een bredere impact kunnen hebben op andere gebieden, zoals detectie, is de toepassing ervan beperkt omdat verschillende materialen moeten worden gecombineerd om aan de prestatie-eisen te voldoen.
Zo vereisen de hoogwaardige fibersensoren voor het monitoren van de infrastructuur en het verwerken van microgolfsignalen in radarsystemen weinig ruis en een uiterst geringe afname aan signaalsterkte. Dit kan alleen worden bereikt door een combinatie van materialen in het fabricageproces. Indien dit fabricageproces op de juiste schaal kan worden gebracht om productie op grote schaal mogelijk te maken, wordt verwacht dat deze fotonische apparaten een grote invloed kunnen hebben op sensortoepassingen.
Laat je inspireren
Om de combinatie van deze hoogwaardige, zogenoemde III-V opto-elektronische materialen in fotonische apparaten te vergemakkelijken, ontwikkelt INSPIRE microtransferprinttechnologieën op waferschaal. Het project heeft H2020-financiering van 5 miljoen euro ontvangen om zijn doelstellingen te bereiken.
Bij microtransferprinten worden deeltjes eerst op een bronwafer gemaakt, waarna ze worden overgebracht op een doelwafer (zie afbeelding). Dit printconcept is ontwikkeld en wordt op grote schaal toegepast door projectpartner X-Celeprint op verschillende wafers en materialen. Het INSPIRE-project richt zich op de volgende stap: het parallel printen van apparaten met nauwkeurige plaatsing, waarbij veel geïntegreerde apparaten tegelijk kunnen worden geprint.
De INSPIRE microtransferprinttechnologie zal worden gevalideerd voor drie specifieke gevallen: vezelsensoren voor het meten van spanning, belasting en temperatuur voor veiligheidsmonitoring aan boord van vliegtuigen, een fotonische radio-frequency (RF) pulsgenerator voor toepassing in radar en draadloze communicatie, en optische schakelaars voor energie-efficiënte datacentra. Er zullen compacte versies van de III-V opto-elektronische componenten worden ontwikkeld, zodat ontwerpers dit platform kunnen gebruiken voor een breed scala van toepassingen.
Combinatie van gevestigde fabricagetechnologieën
INSPIRE wil het Europese industriële leiderschap op het gebied van fotonica behouden door het consolideren van gevestigde fabricagemethoden, zoals die van de baanbrekende pure-play foundry en TU/e-spinoff SMART Photonics en de pionier op het gebied van siliciumfotonica imec, met de microtransferprinttechnologie van X-Celeprint.
Dit zal resulteren in ’s werelds eerste fabricageplatform dat de krachten van de twee meest bekende PIC-fabricageplatforms combineert. Er zullen vooral methoden worden ontwikkeld voor de koppeling van SiN- en InP-processen, maar deze zouden ook kunnen worden gebruikt voor fotonica op basis van silicium.
INSPIRE-coördinator prof. Martijn Heck van de Technische Universiteit Eindhoven is enthousiast over de mogelijkheden die voor ons liggen: "Door SMART- en imec-technologieën te combineren kunnen we, met slechts kleine veranderingen in de fabricageprocessen, de grote investeringen in de ontwikkeling van deze platforms van het afgelopen decennium goed benutten. Zo kunnen we de tijd die nodig is om onze technologie uit het lab te halen aanzienlijk verkorten, en sneller en duidelijker impact maken op nieuwe toepassingsgebieden. ”
Op naar de toepassing
En het potentieel van de INSPIRE-aanpak blijkt uit de deelname van industriële partners zoals Dr. Jerome Bourderionnet van THALES: "Het INSPIRE-platform maakt hoogwaardige bouwstenen mogelijk, zoals lasers met lage lijnbreedte, die de kern vormen van de toepassingen van THALES voor optische signaalverwerking, of geïntegreerde systemen voor detectie."
INSPIRE wil een volledig functioneel PIC-platform creëren, dat compatibel is met open-access proefproductie en waarvan de kosten voor volumeproductie aanzienlijk lager liggen.
De generieke aanpak van INSPIRE maakt de technologie breed toepasbaar en zorgt ervoor dat Europese innovators hun onderzoek en ontwikkeling direct op fabricageplatforms kunnen richten. Als gevolg daarvan zou het minder tijd moeten kosten om deze PIC-technologieën op de markt te brengen.
Het consortium van het INSPIRE-project bestaat uit de TU/e, imec, Thales, University of Cambridge, X-Celeprint, SMART Photonics, en Amires. Het project is officieel van start gegaan op 1 januari 2021. Het project heeft financiering ontvangen van het Horizon 2020 research and innovation programme van de Europese Unie onder subsidieovereenkomst nr. 101017088, project INSPIRE.