Photonic Integrated Circuits (PICs)

Unsere flexible Post-CMOS Photonik-Plattform unterstützt ein breites Spektrum an Wellenlängen und zeichnet sich durch (ultra-)verlustarme Wellenleiter aus, die eine hohe Energieeffizienz gewährleisten. Die Post-CMOS-Prozessierung ermöglicht eine einzigartige Konvergenz von Photonik und Elektronik durch quasi-monolithische Integration auf einem einzigen Chip.

Auf einen Blick

Technologien

  • Post-CMOS PICs 
  • Siliziumnitrid-Photonik
  • Aluminiumnitrid-Photonik
  • Dielektrische Photonik
  • Elektronisch-photonische Kointegration

 

Anwendungen

  • Quantentechnologien
  • (Neuromorphes) photonisches Rechnen
  • Sensorsysteme

Dienstleistungen

  • Bauelemententwurf und Simulation
  • Prozessentwicklung und -transfer
  • Chip-Fertigung
  • Waferbearbeitung bis hin zur Pilotfertigung
  • Charakterisierung von Bauelementen

Kundenvorteile

  • Geringe optische Verluste
  • Flexible Plattform
  • Breites Spektrum an unterstützten Wellenlängen
  • Energieeffiziente Schaltungen
  • Kompakte (Post-CMOS) Integration von Photonik und Elektronik

Vom Konzept zur Pilotserie

© Fraunhofer IMS
Post CMOS Integration: auf einem planarisierten CMOS-Chip werden Wellenleiter integriert.

Mit unserer Photonic Integrated Circuit (PIC)-Technologie bieten wir innovative Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen aus Bereichen wie Sensorik, photonischer Datenverarbeitung und Quantentechnologien.

Unsere post-CMOS-kompatible Technologie ermöglicht die photonische Integration auf Foundry-Wafern, wodurch die Kombination aus photonischen und elektronischen Komponenten auf einem einzigen Wafer realisiert werden kann. Die photonischen Wellenleiter werden auf 200-mm-Wafern gefertigt, was eine hohe Produktionskapazität und Skalierbarkeit gewährleistet.  

Dank unserer umfassenden Erfahrung in den Bereichen CMOS und Photonik sind wir der ideale Partner für die Entwicklung, den Transfer und die Skalierung von Prozessen. Wir unterstützen unsere Kunden von der Konzeptphase bis hin zur Serienproduktion und bieten maßgeschneiderte Lösungen, die auf spezifische Anforderungen zugeschnitten sind.

Wir bieten Dienstleistungen in allen Schritten des Entwicklungsprozesses, vom Entwurf eines Produktkonzepts, das Ihren Vorstellungen entspricht, bis hin zu reproduzierbaren und stabilen Lösungen auf höchstem Niveau. 

Unsere Technologieplattform ist über F&E-Kooperationen und bilaterale Projekte zugänglich sowie im Rahmen von Kooperationsprojekten mit öffentlicher Förderung.

Photonische Plattform

© Fraunhofer IMS
SiN Wellenleiter mit thermo-optischen Phasenmodulator im Test.
© Fraunhofer IMS
Ringresonator aus 360 nm dickem PECVD-Siliziumnitrid.

Wir entwickeln photonische Schaltungen und Systeme auf der Basis dielektrischer Materialien. Unsere Plattform umfasst Standard-Siliziumnitrid-Photonik sowie Aluminium-Nitrid und Tantalpentoxid. Zudem bieten wir flexible Integrationsprozesse für weitere Materialien, um deren optische Eigenschaften zu nutzen.

Die Siliziumnitrid-Photonik zeichnet sich durch geringe Verluste, keine Zwei-Photonen-Absorption und ein breites Wellenlängenspektrum von 400 nm bis etwa 3 µm aus. Auf unserer Plattform sind bereits photonische Bauelemente wie Koppler, Wellenleiter, Ringresonatoren, thermo-optische Phasenschieber und mehr verfügbar. 

Dank unserer umfassenden Erfahrung in der Mikroelektronikfertigung können wir qualitativ hochwertige und zuverlässige Komponenten und Schaltungen anbieten, die in unserem modernen Reinraum mit hoher Ausbeute hergestellt werden. Unser Reinraum ist nach ISO-Normen qualitätsgesichert und QM-zertifiziert, was eine reproduzierbare und stabile Fertigung auf höchstem Niveau garantiert.

Darüber hinaus verfügen wir über umfangreiche Messkapazitäten, mit denen wir Designs selbst evaluieren und verifizieren können. So stellen wir sicher, dass unsere photonischen Bauelemente und Systeme höchsten Anforderungen an Leistung und Zuverlässigkeit entsprechen.

Am Fraunhofer IMS vereinen wir 40 Jahre Erfahrung im CMOS-Bereich mit unserem Know-how in photonisch integrierten Schaltungen. Dadurch sind wir der ideale Partner, um Ihre Anwendungen in Photonik und Elektronik auf unserer flexiblen Plattform zu realisieren.

Gemeinsam entwickeln wir unsere Photonik-Plattform immer weiter. Aktuelle Beispiele sind integrierte Frequenzkämme und Modulatoren mit neuartigen, optoelektronsichen Materialien. 

Maßgeschneiderte Prozesse

© Fraunhofer IMS
Photonische Waveguides in unserem Reinraum

Die Integration und Anwendung neuer Materialien eröffnet die Umsetzung aufregender, innovativer Funktionen. Die Fertigung in unserem hauseigenen Reinraum erlaubt es uns, Prozessspezifikationen anzupassen, was Ihnen die Möglichkeit für anwendungsspezifische Designs gibt. Abmessungen und Materialstärken können kundenspezifisch angepasst werden.Wir entwickeln individuelle Prozesse für Ihre vorprozessierten Wafer, um Ihre Spezifikationen genau zu erfüllen. Zudem bieten wir Planarisierungsoptionen für die heterogene Integration von III-V-Halbleiterkomponenten, was Chip-to-Chip- und Chip-to-Wafer-Integration von Laserquellen und anderen aktiven Elementen ermöglicht.

Material Optical loss Properties and Applications Desposition Techniques
Silicon nitride  Low loss Post-CMOS and Waveguides only​ - Low pressure chemical vapour deposition
- LPCVD
- Plasma enhanced CVD - PECVD ​- Sputtering​
Aluminium nitride Low loss

Highly transparent up to UV​
Post-CMOS​

Sputtering​

Tantalum pentoxide Ultra low loss Thin waveguide​
Post-CMOS​

Atomic Layer Deposition (ALD)​

More in development      
© Fraunhofer IMS
Schichtstapel Post-CMOS-PIC.

Enge Forschungskooperationen

© Fraunhofer IMS
Kopplung in einen SiN-Wellenleiter mit Licht bei einer Wellenlänge von λ = 633 nm.

Unser Entwicklungsteam am Fraunhofer IMS kooperiert eng mit der Photonik-Gruppe des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente und Schaltungen der Universität Duisburg-Essen. Gemeinsam entwickeln wir unsere Photonik- Plattform immer weiter, aktuelle Beispiele wären integrierte Kammlaser und Modulatoren mit neuartigen, optoelektronischen Materialien.

Der Fokus liegt dabei auf der Simulation photonischer Komponenten und der Charakterisierung der hergestellten Bauelemente. Studierende und wissenschaftliche Mitarbeitende können hier an der Spitze der Forschung in der integrierten Photonik arbeiten.

In Zusammenarbeit mit internationalen Partnern lösen wir anspruchsvolle Integrationsaspekte, integrieren neue Materialien, und können ein breites Spektrum von Anwendungen bedienen.

Mehr erfahren zur Forschungskooperation

Mehr Informationen über unsere
Universitätsgruppe und die Forschung finden Sie hier:

 

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