Projekte

Die digitale Transformation unserer Gesellschaft macht die Verarbeitung enormer Datenmengen nötig. Anwendungen, die mit Künstlicher Intelligenz stetig hinzulernen, erfordern ebenso eine gigantische Rechenleistung wie neue Technologien zur medizinischen Diagnose, die Steuerung von Industrierobotern oder innovative Technologien für sicheres autonomes Fahren. Dabei stoßen konventionelle Computerarchitekturen an Grenzen sowohl, was die Speichergeschwindigkeit betrifft, als auch beim Energiebedarf zur Berechnung der enormen Datenmengen.

In der Forschungsgruppe FastPIC (Flexibel anpassbare und skalierbare Technologien für Photonisch Integrierte Schaltkreise) werden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler optische Verteilsysteme entwickeln, die diese Einschränkungen aufheben. Die innovativen photonischen integrierten Schaltkreise, kurz PICs, bestehen aus einer Vielzahl optischer Schaltelemente, die über elektrische Steuersignale flexibel miteinander vernetzt sind. So sind sie in der Lage, eine enorme Bandbreite an Daten zu verarbeiten, und dies bei äußerst niedrigem Energieverbrauch und minimaler Latenz, also sehr geringer Verzögerung zwischen einem digitalen Befehl und seiner Ausführung. Aktuelle Technologien erlaubten die Demonstration dieses Prinzips bisher aber nur bei wenigen photonischen Bauteilen. Da jedoch leistungsfähige Systeme eine Vielzahl solcher Komponenten benötigen, wird nun nach neuen Wegen gesucht, wie die photonischen Schaltkreise erweitert werden können.

Im FastPIC-Projekt des Thüringer Innovationszentrums für Quantenoptik und Sensorik wird ein interdisziplinäres Forschungsteam der TU Ilmenau und der Friedrich-Schiller-Universität Jena Hand in Hand arbeiten. An der TU Ilmenau arbeiten Professor Jens Müller, Sprecher der Forschungsgruppe und Leiter des Fachgebiets Elektroniktechnologie, und Professor Andreas Bund, Leiter des Fachgebiets Elekt-
rochemie und Galvanotechnik, gemeinsam an der Entwicklung einer neuen Technologie zur Realisierung eines hochintegrierten 3D-Verdrahtungsträgers auf Keramikbasis. Professor Matthias Hein, Leiter des Fachgebiets Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik, ist verantwortlich für den Entwurf der Schaltung zur schnellen Ansteuerung der photonischen Elemente. Am Abbe Center of Photonics der Universität Jena erarbeiten Dr. Falk Eilenberger und Dr. Reinhard Geiß die Plattform und die Schnittstellen für die skalierbare photonische Schaltung.

Von den neuen Komponenten profitieren die verschiedensten Bereiche aus Industrie, Wirtschaft und Gesellschaft: Elektronikhersteller, die Hardware für Technologieanwendungen entwickeln und an neue Anwendungen anpassen können, ebenso wie Hersteller von Endprodukten und Startups, die mit den neuen Technologien innovative Produkte fertigen und hochintegrierte nachhaltige Systeme designen können.

Projektlaufzeit: 01.01.2026 - 31.08.2028
Förderkennzeichen: 2025 FGR 0044
Projektleiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jens Müller
Wissenschaftlicher Mitarbeiter: M. Sc. Norayr Nessimian

"Gefördert durch den Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds Plus."

Das Ziel des MemWerk (Memristive Werkstoffe für die neuromorphe Elektronik) Projekts ist die Entwicklung neuer funktioneller memristiver Materialien für energieeffiziente neuromorphe Elektronik, d.h. elektronische Systeme, deren Prinzip auf Paradigmen der biologischen Informationsverarbeitung basiert.

Memristive Materialien haben einen Memory-Effekt und können ihre elektronischen Eigenschaften (elektrischer Widerstand) durch externe Signale (z. B. elektrischer Strom oder Spannung, Gase, Licht, Temperatur usw.) ändern. Folglich ermöglichen diese Materialien die Erstellung von Geräten, deren Funktionen in vielerlei Hinsicht denen von Synapsen in neuronalen Netzen ähnlich sind. Sie bilden somit den zentralen Kunststoffbaustein in künstlichen neuronalen Netzen (ANNs).

Der Entwicklungsschwerpunkt des Teilprojektes liegt auf der Systemintegration. Es werden Verbindungs- und Kontaktkonzepte entwickelt und getestet, die ein größeres Feld oder ein Cluster von memristiven Komponenten elektrisch adressieren, ohne auf Schnittpunktstrukturen zurückzugreifen.

Folgende Konzepte werden bei der Umsetzung dieser Aufgabe berücksichtigt:

a) Aufbau von Flip-Chip-Memristivmatrizen auf einem mehrschichtigen LTCC-Substrat.

b) Direkte Integration von Memristoren auf einem geeigneten vorkonfektionierten Substrat mit bereits implementierter Verdrahtung. Dieser Ansatz nutzt Niedertemperatur-Einbrand-Keramiksubstrate (LTCC) mit angepassten Ausdehnungskoeffizienten. Die Technologie ermöglichte die Verdrahtung von bis zu 100 Schichten. Die Glättung der gesinterten LTCC-Oberfläche ist hierbei ein Entwicklungsschwerpunkt, zur Glättung kommen u.a. Polierprozesse auf verschiedenen Oberflächen zum Einsatz.

Teilprojektleiter: Jens Müller

Fördermittelgeber: Carl-Zeiss-Stiftung

Laufzeit: 04/2020 - 03/2026

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Heike Bartsch

Link: https://memwerk.de/

Reaktive Multilayersysteme (RMS) sind neu entwickelte Befestigungsverfahren, die eine schnelle, hermetische und homogene Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und den Bauteilen ermöglichen. Der Schwerpunkt dieser Projektarbeit liegt auf der Entwicklung von Adhäsionsmechanismen für die RMS-Verbindung von thermisch gering leitfähigen Substraten wie Glaskeramiken. Es soll ein Modell entwickelt werden, um die wechselseitigen Zusammenhänge zwischen Randbedingungen (Wärmeleitfähigkeit, Rauheit, Schichtdicken etc.) und Prozessparametern (Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur) und deren Auswirkung auf die Fügehaftung zu beschreiben. Auf experimenteller Seite geht damit die Entwicklung eines neuartigen In-situ-Testsubstrats einher, das eine direkte Temperaturmessung während der Reaktion an der Verbindungsstelle mithilfe von Thermoelementen anstelle eingebetteter und isolierter Thermistoren ermöglichen soll. Darüber hinaus zielt die zweite Phase auf strukturierte, lokalisierte RMS-Bindungen zur funktionellen Charakterisierung ab.

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Jens Müller

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Nesrine Jaziri

Projektlaufzeit: 01/2024 - 12/2026

Förderung: DFG

Partner: Universität des Saarlandes, Fachrichtung Systems Engineering, Lehrstuhl für Mikrointegrationund Zuverlässigkeit