Innovations for High Performance Microelectronics

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Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik
Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik
Logo der IHP GmbH
Kategorie: Forschungseinrichtung
Mitgliedschaft: Leibniz-Gemeinschaft
Art der Forschung: Grundlagenforschung, angewandte Forschung
Fächer: Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften
Fachgebiete: Materialwissenschaften, Halbleitertechnologie, Schaltkreisentwurf, Systementwicklung
Grundfinanzierung: Bund (50 %), Länder (50 %)
Leitung: Bernd Tillack[1]
Manfred Stöcker
Mitarbeiter: ca. 300 (2016)
Homepage: www.ihp-microelectronics.com
IHP-Gebäude 2009

Das Institut für innovative Mikroelektronik (IHP; Innovations for High Performance), ist ein Institut der Leibniz-Gemeinschaft und betreibt Forschung und Entwicklung zu siliziumbasierten Systemen, Höchstfrequenz-Schaltungen und -Technologien einschließlich neuer Materialien. Es erarbeitet innovative Lösungen für Anwendungsbereiche wie die drahtlose und Breitbandkommunikation, Sicherheit, Medizintechnik, Industrie 4.0, Mobilität und Raumfahrt. Das IHP beschäftigt ca. 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Es verfügt über eine Pilotlinie für technologische Entwicklungen und die Präparation von Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen mit 0,13/0,25 µm-BiCMOS-Technologien, die sich in einem 1000 m² großen Reinraum der Klasse 1 befindet.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vorgeschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Anfänge des IHP reichen zurück in das Jahr 1958, als in Berlin-Rahnsdorf der VEB Physikalische Werkstätten gegründet und 1962 eine Außenstelle in Falkenhagen in Betrieb genommen wurde. Im Jahr 1963 gingen die Physikalischen Werkstätten als III. Physikalisch-Technisches Institut in die Deutsche Akademie der Wissenschaften ein. Im Zuge der Akademiereform wurde das Institut 1969 in Institut für Physik der Werkstoffbearbeitung (IPW) der Akademie der Wissenschaften der DDR inhaltlich neu profiliert und umbenannt. Ab 1972 begannen in der Außenstelle Falkenhagen Grundlagen­untersuchungen zum abrasiven Bearbeitungsprozess von Siliziumwafern für Siliziumbauelemente und ab 1975 Forschungen zur Optimierung von Teilschritten des technologischen Bauelementeprozesses, des Zyklus I der Silizium-Bauelemente-Technologie. Im Jahr 1979 wurde in der Außenstelle Falkenhagen ein Neubau des Institutes mit Technikum in Frankfurt (Oder) geplant und mit der schrittweisen Ansiedlung von Wissenschaftlern in Frankfurt begonnen. Die Grundsteinlegung erfolgte am 29. April 1981.

Gründung des IHP[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Institut für Halbleiterphysik (IHP) konstituierte sich am 22. Dezember 1983 als Institut der Akademie der Wissenschaften der DDR. Das neue Institut hatte die Aufgabe, wissenschaftliche Grundlagen für die Konstruktion mikro­elektronischer Bauelemente zu erarbeiten. Im Vordergrund stand dabei die weitere Verringerung der Abmessungen elektronischer Strukturen. Mit dem politischen und wirtschaftlichen Umbruch von 1989 erfolgte eine Neupositionierung des IHP in der gesamtdeutschen Forschungslandschaft.

Neugründung und Neuausrichtung des IHP[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das IHP mit seiner langjährigen Erfahrung in der siliziumbasierten Mikroelektronik wurde am 1. Januar 1992 als Einrichtung der Blauen Liste in Form einer GmbH neu gegründet. Ab 1999 firmierte das IHP als Institut für innovative Mikroelektronik unter Beibehaltung der bereits etablierten Abkürzung IHP, die exakt für Innovations for High Performance microelectronics steht.[2]

Ab 1996 verlagerte sich der Forschungsschwerpunkt auf die drahtlose und die Breitbandkommunikation. Im Jahr 1999 erfolgte der Umzug des IHP in den Technologiepark Ostbrandenburg und die Inbetriebnahme des 1000 Quadratmeter großen Reinraums der Klasse 1 mit 0,25-µm-BiCMOS-Technologie. Schritt für Schritt wurden die Forschungsgebiete um die Segmente Automobilindustrie, Medizintechnik, Automatisierungstechnik sowie Luft- und Raumfahrt erweitert. Seit 2008 kommt die 0,13-µm-BiCMOS-Technologie mit einer Grenzfrequenz von 300 GHz zum Einsatz.

Im Dezember 2008 konnte das IHP sein 25-jähriges Bestehen mit einem Festakt feiern. Mit Beschluss der Gesellschafterversammlung vom 15. Dezember 2008 wurde das Wort „Leibniz“ in die Bezeichnung aufgenommen, das IHP trägt jetzt offiziell den Namenszusatz Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik.[2]

IHP Solutions GmbH[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die IHP Solutions GmbH wurde im August 2015 in Frankfurt (Oder) als eine 100%ige Tochtergesellschaft des renommierten Forschungsinstitutes IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik - gegründet. Kernaufgabe ist der Technologietransfer von Forschungsergebnissen – in Form von Industrieprojekten, kommerziellen Anwendungen und Ausgründungen. Die IHP Solutions agiert als kommerzielle, marktorientierte Schnittstelle für Industriekunden des IHPs mit seiner weltweit führenden SiGe BiCMOS Technologie mit den dazugehörigen Fertigungskapazitäten für kundenspezifische ASICs.

Das Leistungsportfolio der IHP Solutions umfasst alle transferorientierten Dienstleistungen und reicht von der Lizenzierung von IP, Entwicklung und Herstellung von anwendungsspezifischen Demosystemen für spezifische Anwendungsszenarien bis hin zur Produktion und Lieferung von kundenspezifischen ASICs. Auch die Weiterverarbeitung der ASICs für den direkten Einsatz in Produkten gehört zum Dienstleistungsportfolio der IHP Solutions.

Darüber hinaus gehören Patentmanagement-Services für das IHP sowie die Unterstützung von gründungsinteressierten Forscherinnen und Forschern bei der Entwicklung eines Geschäftsmodells und beim Finden von Investoren zu den Aufgaben der IHP Solutions.

Forschung und Service[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das IHP arbeitet an langfristigen Forschungsthemen und verbindet dabei Grundlagenforschung und angewandte Forschung. Es entwickelt Schlüsseltechnologien in Form technologischer Module und realisiert prototypische Anwendungen für zentrale gesellschaftliche Bereiche.

Die vier Forschungsprogramme des IHP sind eng miteinander verbunden und verfolgen folgende Ziele:

  • Drahtlose Systeme und Anwendungen: Es werden komplexe Systeme für die drahtlose Kommunikation und deren Anwendungen untersucht und entwickelt. Ziel sind Hardware-/Software-Systemlösungen auf hochintegrierten Einzelchips, System-on-a-Chip (SoC) oder System-in-Packages (SiP). Für WLANs hoher Performance sollen langfristig Datenraten bis 100 Gbps bei Trägerfrequenzen bis 300 GHz erreicht werden. Zur Realisierung von Sensornetzen mit geringem Energieverbrauch wird an neuen Netzarchitekturen, verteilten, ressourcenarmen Middleware-Ansätzen, energieeffizienten Medienzugriffsprotokollen sowie energieeffizienten Transceivern geforscht. Die sichere drahtlose Datenübertragung und drahtlose Sensornetze zur Gewährleistung von Sicherheit sind wesentliche Forschungsziele in diesem Programm.
  • Hochfrequenz-Schaltkreise: Es werden integrierte Millimeterwelle-Schaltkreise und -Synthesizer (10 GHz bis über 500 GHz für Bandbreiten von über 25 GHz und 100 Gbps Datenrate) entwickelt und als Prototypen realisiert. Für die glasfasergestützte Breitbandkommunikation werden Konzepte und elektronische Komponenten für Glasfasersysteme mit Datenraten von 10–400 Gbps pro Laserwellenlänge erarbeitet. Extrem energiesparende HF-Frontends und weitere HF-Komponenten werden für drahtlose Sensornetze entwickelt.
  • Technologieplattform für drahtlose und Breitbandkommunikation: Das IHP verfolgt eine „More than Moore“-Strategie der Integration zusätzlicher Funktionen in seine 0,25/0,13-µm-SiGe-BiCMOS-Technologien. Heterobipolartransistoren mit 500 GHz maximaler Schwingfrequenz sind verfügbar, an 700 GHz wird geforscht. Wichtige zusätzliche Funktionalitäten der BiCMOS-Technologie werden durch die Integration von HF-MEMS-Strukturen oder optischer Komponenten (Siliziumphotonik) realisiert.
  • Materialien für die Mikro- und Nanoelektronik: Ziel ist die Integration innovativer Modulkonzepte in die Technologie. So wird beispielsweise Germanium als alternative Lichtquelle für integrierte Photonik erforscht oder die Potentiale HfO2-basierter widerstandsgeschalteter RRAM-Speicher-Arrays sowie auf Aluminiumnitrid basierender Akustische-Oberflächenwellen-Filter, die im Backend integriert werden, bewertet. Grundlagenforschung und Bauelementephysik innovativer graphenbasierter Bauelemente stehen im Fokus erkundender Untersuchungen neuer Materialien.

Für technologische Entwicklungen sowie zahlreiche gemeinsame Forschungsprojekte mit der Industrie, Hochschulen und anderen Forschungsinstituten steht eine vollständige Pilotlinie für integrierte Schaltungen in 0,25-µm- und 0,13-µm-SiGe-BiCMOS-Technik[3] zur Verfügung. Darauf aufbauend bietet das IHP seit Anfang der 2000er Jahre als forschungsbasierten Service die Präparation von Schaltkreisen in seiner Pilotlinie mit eigenen SiGe-BiCMOS-Technologien als Multi-Projekt-Wafer-Service (MPW) bzw. für die Fertigung von Kleinserien mit kundenspezifischen Wafern (Engineering Runs) an.

Personal und Finanzierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das IHP beschäftigt mehr als 300 Mitarbeiter aus 20 Nationen, wovon ca. 130 Wissenschaftler sind (Stand Mitte 2017). Finanziert wird das Institut durch eine Grundförderung von 21,3 Mio.  vom Bund und vom Land Brandenburg. Neben dieser Förderung wirbt das IHP umfangreiche Drittmittel (13 Mio. € im Jahr 2012) durch Forschungsprojekte mit der Industrie und gefördert durch die EU, dem Bund, dem Land Brandenburg und der DFG sowie durch forschungsbasierten Service ein.

Das Institut ist ein anerkannter Ausbildungsbetrieb und legt großen Wert auf ein familienfreundliches Arbeitsklima. Es wurde dafür 2010 als familienfreundliches Unternehmen ausgezeichnet und erhielt das Prädikat Total E-Quality.

Im Juli 2017 erhielt das IHP aus dem Bundesprogramm Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland eine umfangreiche Fördersumme von 34,2 Mio. € und liegt damit gleichauf mit dem ebenfalls geförderten Ferdinand-Braun-Institut aus Berlin. Weitere zwölf außeruniversitäre Forschungseinrichtungen sind an diesem Programm beteiligt. Mit insgesamt 400 Mio € will der Bund „exzellente Forschung zur Mikroelektronik in Deutschland vorantreiben“. Mit dem Geld sollen vor allem Forschungskapazitäten vernetzt, gebündelt und erweitert sowie mit den modernsten Geräten ausgestattet werden, um den Mikroelektronik-Standort Deutschlands international zu stärken. Die Exzellenz-Förderung wurde von der Bundesministerin Johanna Wanka und der Brandenburgischen Forschungssekretärin Ulrike Gutheil bekannt gegeben.[2]

Kooperationen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das IHP unterhält umfangreiche Kooperationsbeziehungen zu nationalen und internationalen Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Firmen. Industrielle Kooperationspartner sind vorrangig auf den Gebieten Kommunikation, Halbleitertechnik und Gesundheit tätig. Die Kooperation erfolgt meist im Rahmen gemeinsamer nationaler und europäischer Forschungsprojekte sowie bei der Nutzung der Services des IHP.

Das IHP ist seit 2008 Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft und kooperiert aktiv in dessen Netzwerken wie dem Transferverbund Mikroelektronik und dem Netzwerk Nano.

Auf eine intensive Kooperation mit regionalen Firmen, Bildungs- und Forschungseinrichtungen legt das IHP besonderen Wert. Als eine besonders enge Form der Kooperation arbeitet das IHP mit Universitäten und Hochschulen im Rahmen gemeinsamer Labore zusammen, in denen an für beide Partner wichtigen Themen geforscht wird. Damit sind meist auch gemeinsame Berufungen, eine Lehrtätigkeit von IHP-Mitarbeitern an Hochschulen sowie gemeinsame Forschungsprojekte verbunden.

Gemeinsame Labore:

  • Joint Lab IHP / BTU Cottbus (seit 2000): Im Joint Lab "Dependable Sensor Networks" ("Zuverlässige Sensor-Netze") wird zu sicheren Netzen und hochzuverlässigen IT-Strukturen geforscht, die Voraussetzung für Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge sind.[4]
  • Joint Lab IHP / TH Wildau (seit 2006): Die Forschungsschwerpunkte sind die Entwicklung neuartiger siliziumbasierter Bauelementekonzepte und Technologien für die Hochgeschwindigkeits-Elektronik und Photonik.[5]
  • Joint Lab IHP / TU Berlin (Silicon Photonics, seit 2010): Forschungsgegenstand ist die Verbindung von Siliziumelektronik und Optoelektronik zur Siliziumphotonik[6]
  • Joint Lab IHP / TU Berlin (Bioelektronik, seit 2012): In diesem gemeinsamen Labor werden Potentiale von IHP und TU Berlin zusammengeführt, um Innovationen auf dem Gebiet der Bioelektronik zu erarbeiten.[7]
  • Joint Lab IHP / HU Berlin (seit 2012): Dieses Joint Lab konzentriert sich auf die Erforschung und Entwicklung von hochleistungsfähigen drahtlosen Kommunikationssystemen, fortgeschrittenen Signalverarbeitungsalgorithmen und -architekturen sowie auf den Modell-basierten Systementwurf.
  • Joint Lab IHP / Poznań University of Technology (seit 2014): Unter dem Leitgedanken Połączyć – Interfacing – Verbinden soll das Joint Lab die Kompetenzen beider wissenschaftlicher Einrichtungen in der studentischen Ausbildung und Grundlagenforschung zusammenführen und Basis sein für gemeinsame Forschungsaktivitäten im Bereich der modernen Materialforschung für die Silizium-Mikroelektronik.[8]
  • Joint Lab IHP / Sabancı Universität Istanbul (seit 2014): Im Fokus des Joint Lab steht die Erforschung von integrierten Schaltungen, Bauelementen, MEMS (Mikroelektromechanischen Systemen), NEMS (Nanoelektromechanischen Systemen) und Mikro-Nano-Elektronik. [9]

Ausgründungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ausgründungen aus Forschungseinrichtungen sind Teil einer von Bund und Ländern gewollten Strategie zur Verwertung von marktfähigen Forschungsergebnissen, welche aus öffentlichen Mitteln gefördert wurden. Deshalb arbeitet das IHP intensiv an der Realisierung weiterer Ausgründungen.

Bisher (Stand Ende 2016) wurden aus dem IHP folgende Firmen ausgegründet:

  • Lesswire AG (gegründet 1999): Lesswire bietet Produkte und Lösungen zur drahtlosen Übertragung von Daten und die Nutzung von Informationen auf mobilen Endgeräten in „Wireless Worlds“ an. Seit 2006 gehört die Lesswire AG zur Prettl Gruppe.[10]
  • Silicon Radar GmbH (gegründet 2006): Silicon Radar entwickelt und vertreibt hochintegrierte Millimeterwellen-Schaltungen auf technologisch höchstem Niveau, gefertigt in kostengünstiger Silizium-Germanium-Technologie.[11]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Annual Report 2015 (Jahresbericht 2015)
  • Die Leibniz-Gemeinschaft: Jahrbuch 2014

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Neuer Geschäftsführer: http://www.moz.de/artikel-ansicht/dg/0/1/1329063
  2. a b c Jens Blankennagel: Millionen für Frankfurter Forscher. In: Berliner Zeitung, 7. Juli 2017, S. 15.
  3. Video durch den Reinraum
  4. BTU Cottbus: Kooperation mit der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus
  5. Joint Lab IHP / TH Wildau: Gemeinsames Ausbildungs- und Forschungszentrum mit der Technischen Fachhochschule Wildau
  6. Joint Lab IHP / TU Berlin: Silicon Photonics
  7. Joint Lab IHP / TU Berlin: Bioelektronik
  8. Zusammenarbeit mit der Uni Poznan
  9. Deutsch-türkisches Wissenschaftsjahr in der Presse
  10. Lesswire AG - leading in wireless worlds
  11. Silicon Radar GmbH: Integrierte Hochfrequenz-Schaltungen für Radar-Anwendungen und drahtlose Kommunikation