Verbundprojekt PHOIBOS

Im Frühjahr 2013 fiel der Startschuss für das auf drei Jahre konzipierte und vom BMBF mit rund 2,9 Millionen Euro geförderte Projekt „PHOIBOS - Photonische Wirebonds für optische Multi-Chip-Systeme“.

Im Frühjahr 2013 fiel der Startschuss für das auf drei Jahre konzipierte und vom BMBF mit rund 2,9 Millionen Euro geförderte Projekt „PHOIBOS - Photonische Wirebonds für optische Multi-Chip-Systeme“. PHOIBOS verfolgt das Ziel, neuartige Konzepte, Technologien und Verfahren für die integrierte Photonik zu erarbeiten und in industrielle Anwendung zu überführen.

Die integrierte Photonik nutzt moderne Fertigungsverfahren aus der Halbleiterindustrie, um photonische Bauteile auf Mikrochips integrieren. Dies eröffnet völlig neuartige Möglichkeiten bei der Realisierung optischer Systeme: Komplexe Anordnungen aus Tausenden von Einzelelementen lassen sich kosteneffizient, mit hoher Reproduzierbarkeit und in großen Stückzahlen realisieren. Diese optischen Mikrochips werden in Zukunft für viele Anwendungen unumgänglich sein, insbesondere in der Informations- und Kommunikationstechnik, der Messtechnik und Sensorik, sowie den Lebenswissenschaften.

Das Verbundprojekt PHOIBOS zielt auf neuartige hybride Integrationskonzepte für photonische Systeme ab. Mit diesen Konzepten wird es möglich, verschiedene Materialsysteme in einem durchgängigen Multi-Chip-Ansatz miteinander zu kombinieren und dabei die Vorteile der einzelnen Plattformen gezielt zu nutzen. PHOIBOS adressiert damit gezielt eine technologische Lücke in der integrierten Mikrophotonik: In den vergangenen Jahren wurden enorme Fortschritte im Bereich monolithischer Integrationsverfahren erzielt, bei denen alle Komponenten auf demselben Substratmaterial realisiert werden; diese Fortschritte wurden allerdings nicht durch entsprechende In-novationen in der photonischen Aufbau- und Verbindungstechnik begleitet. So sind zur Ankopplung von einmodigen integriert-optischen Wellenleitern nach wie vor hochpräzise kostenintensive Justageverfahren notwendig. Diese beinhalten oftmals aufwendige manuelle Arbeitsschritte und resultieren in schlecht reproduzierbaren Prozessen und hohen Herstellkosten. Die Konsequenzen für die Anwendung integriert-optischer Systeme sind weitreichend: Heutige Systemkonzepte werden unter der Prämisse entworfen, die Zahl der Koppelstellen zwischen verschiedenen Chips zu minimieren, und konzentrieren sich daher auf technologisch aufwendige monolithische Integrationsverfahren. Eine effiziente Kombination verschiedener Materialplattformen ist damit nicht möglich und die Funktionalitäten integriert-optischer Systeme sind daher stark durch die Eigenschaften des jeweils zugrunde gelegten Substratmaterials eingeschränkt. Dies führt dazu, dass die integrierte Nanophotonik viele Anwendungen nicht bedienen kann, obwohl die dafür notwendigen Einzelkomponenten verfügbar wären.

Prototypen photonischer Wirebonds, die Silizium-Wellenleiter miteinander verbinden. Durch die freie Formgebung wird ein 3D-Routing möglich.

Photonische Multi-Chip-Module, die aus mehreren integriert-optischen Chips bestehen, bringen hier entscheidende Vorteile: Sie erlauben es, die Vorteile verschiedener Substratmaterialien gezielt zu kombinieren. Eine Grundvoraussetzung für die erfolgrei-che Umsetzung von optischen Multi-Chip-Konzepten sind jedoch neuartige Verfahren für eine re-produzierbare, automatisierbare und damit industriell anwendbare Fertigung von photonischen Chip-zu-Chip Verbindungen.

An dieser Stelle setzt PHOIBOS an. Im Rahmen des Projektes wird ein neuartiges Konzept für die industrielle Fertigung von integriert-optischen Multi-Chip-Systemen erforscht. Die technologische Grundlage des Konzeptes bildet ein als photonisches Wirebonden bezeichnetes Verfahren, mit dem sich Verbindungswellenleiter zwischen photonischen Chips herstellen lassen. Photonisches Wirebonden kommt ohne aufwendige Justageschritte aus und ermöglicht damit die automatisierte Herstellung von optischen Multi-Chip-Modulen, die die Vorteile einzelner Materialplattformen gezielt kombinieren. Neben der Erforschung neuartiger Konzepte für photonische Multi-Chip-Systeme beinhaltet PHOIBOS die Realisierung der zugehörigen Fertigungs- und Gerätetechnologie in Gestalt von automatisierbaren photonischen Wirebondern. 

 

http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?URI=oe-20-16-17667