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Mit dieser Frühlingsausgabe der »Mikroelektronik Nachrichten« gehen wir zum ersten Mal über die Grenzen des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik hinaus auf die Kooperation »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland« (FMD) mit allen ihren Partnern aus der Fraunhofer-Gesellschaft und Leibniz-Gemeinschaft ausgeweitet wird.

In der aktuellen Ausgabe geben die Köpfe innerhalb der FMD und des Verbunds unter dem Motto »Menschen.Machen.Mikroelektronik« Einblicke in ihre Arbeit: Mit Forscherinnen und Forschern sowie Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern aller 18 Kooperationspartner in der FMD sprachen wir über zukunftsweisende Technologien und ließen uns ihre tägliche Arbeit näherbringen.

Insgesamt rund 3.500 Forscherinnen und Forscher innerhalb der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland suchen täglich nach Antworten auf wirtschaftlich und relevante Fragen: Mit welchen Technologien und innovativen Elektroniksystemen können wir die Herausforderungen unserer Zeit bewältigen? Künstliche Intelligenz, Industrie 4.0, Smart Living oder autonomes Fahren – all diese digitalen Entwicklungen benötigen neue Verfahren, Prozesse und für die Übertragung, Speicherung und Verarbeitung der Daten. Wo und wie kann die Mikroelektronik als Basistechnologie zur leistungsfähigen, vertrauenswürdigen und ressourceneffizienten Unterstützung eingesetzt werden?

Nun laden wir Sie herzlich auf eine Reise durch die Institute ein und wünschen Ihnen viel Spaß beim Lesen!

In dieser Ausgabe:

• Die Erfolge und Highlights aus 20 Jahren Fraunhofer-Mikroelektronik-Forschung

• Die Projekte der ehemaligen und jetzigen Institute des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik

• Die 3.000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit ihrer Forschungsarbeit

Mit dieser Jubiläumsausgabe halten Sie 20 Jahre Geschichte in den Händen: 20 Jahre Mikroelektronik Nachrichten und damit ebenfalls 20 Jahre Highlights aus Forschung und Entwicklung der Mitgliedsinstitute des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik. In den vergangenen 80 Ausgaben haben wir über spannende Projekte berichtet, bahnbrechende Erfindungen vorgestellt, die den Weg für unsere technologische und gesellschaftliche Zukunft bereitet haben, und wir haben die Menschen zu Wort kommen lassen, die dahinter stehen.

Highlights dieser Ausgabe: 

• #WeKnowHow: Fraunhofer unterstützt Entwicklung der Corona-Warn-App (Fraunhofer IIS)

Im Juni startete die deutsche Corona-Warn-App. Herausgegeben vom Robert-Koch-Institut (RKI), entwickelt von SAP SE und der Deutschen Telekom AG sowie eng begleitet – im Hinblick auf die zentrale Komponente der Abstandsschätzung per Exposure-Notification-Schnittstelle – von der Fraunhofer-Gesellschaft. Mehr dazu auch in unserem Webspecial Mikroelektronik vs Corona.

• Machine-Close-up: Messsystem für 5G-MIMO (Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland)

FMD-Mitgliedsinstitut Leibniz FBH hat eine Messeinheit mit Breitband-Mikrowellen-Downconvertern in Betrieb genommen. Damit sind am Institut alle Schlüsselkomponenten für ein neuartiges 5G-Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)-System verfügbar.

• Den erdnahen Orbit »im Blick« (Fraunhofer FHR)

Um den erdnahen Orbit zu überwachen, braucht es ein Phased-Array-Radar mit hoher Strahlagilität. Im Herbst 2020 wird das Fraunhofer FHR das teilmobile Weltraumüberwachungsradar GESTRA an das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt übergeben.

Highlights dieser Ausgabe: 

• #WeKnowHow: Fraunhofer-Lösungen zur Bekämpfung der COVID-19-Pandemie

Expertinnen und Experten aus den Instituten des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik wirken bei der Bekämpfung der COVID-19-Pandemie mit. Die Mikroelektronik selbst ist dabei eine wichtige Schlüsseltechnologie. Wir stellen Projekte und Initiativen unserer Mitgliedsinstitute vor. Mehr dazu auch in unserem Webspecial Mikroelektronik vs. Corona.

• Stromsparende Chips für KI (Fraunhofer EMFT, IIS und IPMS)

Im Rahmen des ECSEL-Projekts TEMPO entwickeln die Fraunhofer-Institute EMFT, IIS und IPMS energieeffiziente neuromorphe Systeme für Halbleiterchips. Die Hardware-Architektur der Chips erlaubt die nichtflüchtige Speicherung und Verarbeitung von Informationen direkt im System.

• Machine Close-Up (Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland)

215 neu installierte Maschinen im Jahr 2019: Im Rahmen der Investitionen der FMD können die 13 Mitgliedsinstitute ihre Infrastruktur modernisieren und erweitern. Welche neuen Fähigkeiten die Institute dadurch erhalten, wird an zwei Beispielen illustriert.

Highlights dieser Ausgabe: 

• Kleiner, schneller, energieeffizienter – Bauelemente für den digitalen Wandel (Fraunhofer IISB, Leibniz FBH)

Hocheffiziente Leistungshalbleiter sollen die Voraussetzungen für vielfältige neue Anwendungen schaffen – darauf zielt das Projekt Leistungstransistoren auf Basis von Aluminiumnitrid (AlN) »ForMikro-LeitBAN«. Beteiligt sind auch die FMD-Mitglieder Fraunhofer IISB und Leibniz FBH.

• »Wir müssen die Stärken in Europa bündeln.« (Verbund Mikroelektronik)

Prof. Albert Heuberger, Leiter des Fraunhofer IIS, ist der neue Sprecher des Direktoriums des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik. Im Interview spricht er über anstehende Herausforderungen und Projekte.

• »Wir unterstützen den 5G-Netzausbau im Millimeterwellenbereich.« (Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland)

Dr. Stephan Guttowski spricht im Interview über das FMD-Angebot in der Hochfrequenzelektronik und die Herausforderungen im 5G-Netzausbau.

Highlights dieser Ausgabe: 

• Leistungsfähige Komponenten für den autonomen Verkehr (Fraunhofer-Institute EMFT, IIS und IPMS)

Selbstfahrende Autos sind nur ein Beispiel für die zentralen Mobilitätskonzepte der Zukunft. Diese benötigen Umfeldsensoren wie zum Beispiel Kamera-, LiDAR- oder Radarsysteme. Im EU-Forschungsprojekt »Ocean12« entstehen zukunftsfähige Komponenten für autonome Straßen- und Luftfahrzeuge. 

• »Wir müssen Bauelemente entwickeln, die Energie noch effizienter wandeln.« (Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland)

Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland bietet in sechs Technologieplattformen ein breites Portfolio entlang der gesamten mikroelektronischen Wertschöpfungskette. Eine dieser Plattformen ist Leistungselektronik. Dr. Andreas Grimm, verantwortlich für die Plattform Leistungselektronik, spricht im Interview über die Herausforderungen und Chancen energieeffizienter Bauteile für die Elektromobilität. 

• Technologien für die sechste Mobilfunkgeneration (Fraunhofer IAF)

Drahtlose Datennetze müssen künftig höhere Übertragungsraten und kürzere Verzögerungszeiten ermöglichen. Dies erfordert neue Netzwerkstrukturen. Forschende arbeiten derzeit daran, Datensignale von der Terahertz-Übertragung zur optischen Übertragung zu konvertieren. 

Highlights dieser Ausgabe: 

• Neues Verfahren für die CNT-Integration (Fraunhofer ENAS)

Das Fraunhofer ENAS hat ein modulares Verfahren entwickelt, das bisherige Hürden der Integration von Kohlenstoffnanoröhren (engl. CNTs) überwindet. Das Technologiekonzept erlaubt den Aufbau eines Nanoschichtsystems vor der Zusammenführung mit dem Endsubstrat.

• Technologien nach menschlichem Vorbild (Fraunhofer IZM) 

Das »Human Brain Project« bringt 121 Partner aus 20 Ländern zusammen. Sie forschen an Technologien in Anlehnung an naturgegebene Vorbilder. Das gemeinsame Ziel: Die Schaffung einer europäischen wissenschaftlichen Infrastruktur für Gehirnforschung und kognitive Neurowissenschaften.

• Künstliche Intelligenz für Mikroelektronik und Sensoren (Fraunhofer IMS)

Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IMS haben eine Künstliche Intelligenz für Mikrocontroller und Sensoren entwickelt, die ein voll konfigurierbares künstliches neuronales Netz umfasst – eine plattformunabhängige Machine-Learning-Bibliothek, mit der sich selbstlernende Kleinstelektroniken realisieren lassen.

Highlights dieser Ausgabe: 

• Quantensensoren für extrem schwache Magnetfelder (Fraunhofer IAF)

Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag« werden Quantenmagnetometer für die Industrie entwickelt. Zwei technologische Ansätze sollen die bisherigen Grenzen der Magnetometrie überwinden.

• Autokino für das Fahrzeugradar (Fraunhofer FHR) 

Sensoren in autonomen Fahrzeugen müssen extrem zuverlässig arbeiten, um Verkehrsteilnehmende nicht zu gefährden. Das neue ATRIUM-Testgerät des Fraunhofer FHR erlaubt es, die aufwendigen Testfahrten künftig zu großen Teilen ins Labor zu verlagern.

• Lyme-Borreliose dank optischer Mikrosensoren früher erkennen (Fraunhofer IZM)

In dem translationalen Projekt PoC-BoSens wird ein Diagnostiksystem auf Basis optischer Mikrosensorik entwickelt, um frühzeitig Lyme- Borreliose zu erkennen. Das Fraunhofer IZM ist dabei für die Integration der Mikrosensoren verantwortlich.

Highlights dieser Ausgabe: 

• Neues Material soll Grenzen der Silizium-Elektronik überwinden (Fraunhofer IAF, Fraunhofer IIS sowie die Leistungszentren Elektroniksysteme und Nachhaltigkeit)

Scandiumaluminiumnitrid (ScAlN), ein bisher in der Mikroelektronik wenig erforschtes Halbleitermaterial, wird im kürzlich gestarteten Projekt »Leistungselektronik 2020+« genutzt. Ziel ist es, effizientere leis tungselektronische Systeme zu entwickeln und den Weg für die nächste Generation der Elektronik zu ebnen. 

• Prüfverfahren für Elektronikschutzgehäuse (Fraunhofer IMWS)

Zum Schutz sensibler Elektronik in rauer Umgebung kommen Kunststoffgehäuse zum Einsatz. Diese sind jedoch selbst Feuchtigkeit, Hitze und elektrischen Feldern ausgesetzt. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie verbessert das Fraunhofer IMWS die Qualität und Lebensdauer solcher Isolationssysteme.

• Akustische Überwachung von Maschinen und Anlagen (Fraunhofer IZFP)

Fehlerhaft montierte Komponenten in Anlagen führen zu deren Ausfall. Bei Kontrollen können diese Fehler von den Monteuren nicht immer erkannt werden. Die Lösung: »AcoustiX« – ein »hörendes« Sensorsystem vom Fraunhofer IZFP. 

Highlights dieser Ausgabe: 

• Hochpräzise Diagnostik mit NV-dotiertem Diamant (Fraunhofer IAF)

Biomagnetische Messungen sind aus der modernen Diagnostik nicht mehr wegzudenken. Um die notwendige Präzision zu erreichen, sind bislang jedoch aufwendige und teure Verfahren erforderlich. Das Fraunhofer IAF arbeitet mit Partnern aus Industrie und Forschung an einer hochpräzisen Alternative bei Raumtemperatur.

• Schutzmantel für eingebettete Systeme (Fraunhofer EMFT)

Nicht jeder Einbrecher braucht eine Brechstange – manchmal genügt ein Bohrer, der
dünner als 1 mm ist, um an Daten zu gelangen. Gelingt der Angriff, kann das gravierende
Folgen haben. Unternehmen und Hacker liefern sich seit langem ein Wettrennen und
die technologischen Kniffe werden immer ausgefeilter.

• Drahtlose Energieversorgung für Wearables (Fraunhofer IZM)

Wearables steht für am Körper tragbare Systeme, die, mit Sensoren bestückt, hautnah Messdaten sammeln. Damit die Sensoren drahtlos mit Energie versorgt werden, sind flexible Batterien erforderlich, die sich bestmöglich dem Material anpassen und gleichzeitig den Ansprüchen an elektrische Leistung genügen.

Highlights dieser Ausgabe: 

• Schlüsselübergabe beim Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik

Prof. Patrick Bressler folgte am 1. Juli Dr. Joachim Pelka als Leiter der Berliner Geschäftsstelle nach. Im Interview sprachen die beiden über die Anfänge des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik sowie zukünftige Herausforderungen und Aufgaben.

• Schnelles Internet über den Wolken (Fraunhofer IAF)

Schnelles Internet im Flugzeug – davon träumen Fluggesellschaften ebenso wie Reisende. Bisher scheiterte es an der zu geringen Leistungsfähigkeit der Datenverbindungen zwischen Flugzeug und Boden. Lösung in Sicht: Zwischen Flugzeug und Bodenstation können inzwischen Signale mit einer Übertragungsrate von 8 Gb/s übermittelt werden.

• Armband für die individuelle Demenztherapie (Fraunhofer IZM)

Allein in Deutschland leiden fast 1,6 Mio Patienten an Demenz. Die für eine fachgerechte Betreuung unerlässlichen Gesundheits- und Pflegeparameter werden bisher oft nicht schnell und strukturiert genug erfasst. Daher arbeitet das Fraunhofer IZM mit Partnern an einem Armband, das diese Daten automatisch misst und verarbeitet.

Highlights dieser Ausgabe: 

• Vernetzte Sensoren – energieeffizient und leistungsstark (Verbundinstitute)

Die wichtigsten Komponenten im Internet of Things (IoT) sind winzige Sensorknoten, die Informationen aus ihrer Umgebung sammeln undweitergeben – und die Anwendungen werden immer zahlreicher und ausgefeilter. Ein großes Manko ist derzeit noch der Stromhunger der Sensorknoten. Im FraunhoferLeitprojekt »ZEPOWEL« arbeiten neun Institute an zukunftsweisenden Lösungen für ein energieeffizientes IoT.

• Die kleinsten Lautsprecher der Welt (Fraunhofer IDMT und Fraunhhofer ISIT)

Sie sind nur wenige Millimeter groß und eignen sich optimal für Kopfhörer, Hearables oder Hörgeräte: die weltweit ersten integrierten Miniaturlautsprecher auf MEMS-Basis. Entwickelt wurden sie am Fraunhofer IDMT in Ilmenau und dem Fraunhofer ISIT in Itzehoe.

• Sichere vernetzte Systeme – Wegbereiter für Industrie 4.0 (Fraunhofer EMFT)

Im Rahmen des Münchner Leistungszentrums »Sichere vernetzte Systeme« arbeitet die Fraunhofer EMFT gemeinsam mit der Edwards GmbH sowie den Fraunhofer-Instituten ESK und AISEC daran, eine verbesserte Charakterisierung für die Zustandsüberwachung von Vakuumpumpen aufzubauen.

Highlights dieser Ausgabe:

• Eine »Universelle Sensor-Plattform« für den Mittelstand (Verbundinstitute

Fraunhofer-Forschende und GLOBALFOUNDRIES Dresden wollen bis 2019 eine Baukastentechnologie für kleinere Systemanbieter entwickeln. Diese »Universelle Sensor-Plattform« (USeP) soll kleineren Betrieben ohne eigene Chip-Entwicklungsabteilung die Möglichkeit geben, im Internet der Dinge (IoT) mitzuwirken. Nach dem Baukastenprinzip können sich Mittelständler an verschiedenen Gestaltungsvarianten bedienen, um ihre Ideen und Visionen einfach umsetzen zu können.

• Galileo PRS-Empfänger (Fraunhofer IIS)

Der Navigationsdienst Galileo PRS (Public Regulated Service) gilt als sicher und störungsresistent. Bisher sind diese Systeme kostenintensiv und nur bedingt für den mobilen Einsatz verwendbar. Gemeinsam mit drei Partnern entwickelt das Fraunhofer IIS eine kostengünstige und kompakte Umsetzung der PRS-Technologie.

• Lebensmittellabor im Handy (Fraunhofer IPMS)

Nicht immer lässt sich mit bloßem Auge die tatsächliche Qualität von Lebensmitteln bestimmen. Forschende des Fraunhofer IPMS haben eine Lösung entwickelt, mit dem das Smartphone zum Lebensmittellabor wird: Per Spektralanalyse lassen sich während des Einkaufens Lebensmittel auf ihren tatsächlichen Nährwert analysieren.