Ansprechpartner:
Prof. Hoc Khiem Trieu
Prof. Qiang Li
Prof. Alexander Kölpin
Im Bereich Mikroelektronik konzentriert sich die TUHH auf Chipdesign, Systemintegration und die Verbindung von Photonik und Elektronik. Mit dem Institute of Integrated Circuits and Systems (IICS) verfügt sie über international sichtbare Expertise in energieeffizienten Chipsystemen für intelligente Sensorik, KI, Industrie- und Hafenautomatisierung sowie Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen. Große Forschungsverbünde wie ForLab HELIOS sowie DFG-Initiativen stärken die Infrastruktur und ermöglichen die Integration entlang der gesamten Wertschöpfungskette ('lab to fab'). Die TUHH arbeitet eng mit Industriepartnern zusammen und fördert gezielt Ausgründungen. Ein zentraler Fokus liegt auf der Ausbildung von Fachkräften sowie der Etablierung Hamburgs als Kompetenzzentrum für Chipdesign in Schlüsselindustrien wie Luftfahrt, Logistik und Medizintechnik.
Überblick
Die Mikroelektronik an der TUHH bildet breitbandig ihre verschiedenen Facetten ab, von klassischem Silizium bis Wide-Bandgap-Halbleiter, von Hochfrequenztechnik bis Photonik, einschließlich der Mikrosystemtechnik mit neuartigen Lösungen in Sensorik und Aktorik. In Forschung und Lehre konzentriert sich die TUHH auf Bauelement/ Chipdesign, Mikrochip/Mikrosystem-Fertigung und Systemintegration. Der Entwurf integrierter Schaltungen adressiert alle relevanten Anwendungsfelder der Mikroelektronik wie Medizintechnik, Messtechnik oder Edge-Computing. Die Leistungselektronik liefert neuartige Lösungen für die Elektrifizierung. Mit der HF-Technologie, die sich auf die Verarbeitung hochfrequenter Wellen fokussiert, werden Millimeterwellen-Schaltungen, Radar-Anwendungen und drahtlose Kommunikation realisiert. Durch die Verwendung von Photonen anstelle von Elektronen als Informationsträger überwinden photonische integrierte Schaltungen (PICs) die Grenzen herkömmlicher Elektronik-Chips in Bezug auf Geschwindigkeit, Latenz, Energieeffizienz und EMV-Verträglichkeit. Große Forschungsverbünde wie das ForLab HELIOS für die Co-Integration von Photonik und Elektronik sowie DFG-Initiativen (SFB 1615 Smart Reactors, Exzellenzcluster BlueMat) stärken die Infrastruktur und ermöglichen die Integration entlang der gesamten Wertschöpfungskette ('lab to fab'). Die TUHH arbeitet eng mit Industriepartnern (u.a. NXP, Nexperia) zusammen und fördert gezielt Ausgründungen. Ein zentraler Fokus liegt auf der Ausbildung von Fachkräften sowie der Etablierung Hamburgs als Kompetenzzentrum für Chipdesign und System-Engineering in Schlüsselindustrien wie Luftfahrt, Logistik und Medizintechnik.
Zielsetzungen der TUHH im Bereich Mikroelektronik
Neben Forschung in den Feldern Integrierte Schaltungen, Leistungselektronik, Hochfrequenztechnik, integrierte Photonik, Co-Integration Photonik/Elektronik, Systemintegration mit 3D MEMS werden vor allem die vier Handlungsfelder aus der Mikroelektronik-Strategie der Bundesregierung „Fähigkeiten im Chipdesign ausbauen“, „from lab to fab“, „Fachkräfte-Quantität erhöhen“ und „Fachkräftequalität steigern“ gezielt adressiert. Dabei kommt die Ausbildung von Promovierenden in den Forschungsinitiativen BlueMat, SFB1615, SPP2305, MSCA ReWIRE, RÅC AFX und von Master-Studierenden im International Master Microelectronics and Microsystems eine Schlüsselrolle zu. Die Forschungsinfrastruktur baut sich auf das ForLab HELIOS auf, das im ForLab-Verbund mit der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland FMD verzahnt ist. Eingebettet in der Metropolregion Hamburg mit einem gezielten Aufbau eines Ökosystems zur Industrialisierung des Quantencomputings mit dem DLR-Innovationszentrum Hamburg und zahlreichen Start-ups tragen die Projekte auch zu einer Stärkung der Handlungsfelder „Investitionen anreizen“ und „Europäisch und International kooperieren“ bei.
Die TUHH ist in diesem Bereich multidisziplinär aufgestellt mit den folgenden Instituten:
Integrierte Schaltungen und Systeme (Prof. Qiang Li; Integrierte Schaltungen und Systeme)
Mikrosystemtechnik (Prof. Hoc Khiem Trieu; Mikrosystemtechnik, integrierte Photonik, Systemintegration)
Bauelemente in der Leistungselektronik (Prof. Holger Kapels; Leistungselektronik)
Hochfrequenztechnik (Prof. Alexander Kölpin; Hochfrequenztechnik)
Photonik (Prof. Andreas Tittl; photonische Materialien, photonische Systeme)
Darüber hinaus befasst sich das Institut für Theoretische Elektrotechnik (Prof. Christian Schuster) mit Fragen der Elektromagnetischen Verträglichkeit. Das Institut für Autonome Cyber-Physische Systeme (Prof. Christian Renner), das Institut für Digitales und Autonomes Bauen (Prof. Kay Smarsly) und die Arbeitsgruppe Smart Sensors (Prof. Ulf Kulau) u.a. sind besonders aktiv in der Entwicklung und Anwendung elektronischer Systeme.
Referenzen zu Projekten:
Im Projekt "Hamburg Quantum Computing" (HQC), eine gemeinsame Initiative der UHH und TUHH mit 12 PIs, forscht und entwickelt die TUHH an Fragen der integrierten Photonik, Systemintegration und Hochfrequenztechnik für skalierbare Quantencomputer.
im Unterauftrag für die eleQtron GmbH entwickelt die TUHH im Rahmen der DLR Quantencomputing-Initiative (DLR QCI) in einem Konsortium mit NXP Semiconductors, eleQtron und ParityQC HF- und Mikrosystemkomponenten für modulare, skalierbare Quantencomputer auf Basis von gespeicherten Ionen-Qubits.
Gemeinsam mit dem Quantenhardwarehersteller eleQtron GmbH entwickelt die TUHH für zukünftige Quantencomputer hochfrequenzgerechte Designs planarer Ionenfallen und die zugehörigen Prozessverfahren für deren Herstellung.
Im Exzellenzcluster BlueMat werden in Zusammenhang mit Materialien, die bei Kontakt mit Wasser ihre Eigenschaften verändern, an neuartige Effekte und Bauelemente in den Bereichen Mechanik, Fluidik, Photonik und Energiematerialien geforscht.
In Teilprojekten des Sonderforschungsbereichs Smart Reactors werden responsive Mikrosysteme für selbstadaptive Reaktorelemente erforscht und realisiert. Autonome miniaturisierte Langrange-Sensorknoten werden entwickelt, um den Zustand in chemischen Reaktoren den Strömungslinien folgend zu erfassen.
In dem Schwerpunktprogramm Sensorintegrierende Maschinenelemente SiME werden autonome drahtlose Sensorknoten, die in Maschinenelemente integriert sind, erforscht und realisiert.
3D-gedruckte bioresorbierbare Mikrosystem-Implantate zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen werden in diesem Doktoranden-Netzwerk erforscht und realisiert.
Röntgen-Ångström-Cluster AFX (BMFTR)
In diesem Projekt werden akustofluidische Mikrosysteme mit Hilfe von Femtosekundenlaser in 3D-Strukturierung realisiert. Sie dienen der Proteinkristallographie in XFEL-Experimenten.
ForLab HELIOS (BMFTR)
Das Forschungslabor Mikroelektronik Deutschland ForLab HELIOS für die Co-Integration von Photonik und Mikroelektronik, wurde 2019 mit 5,2 Mio. Euro vom BMFTR gefördert. Als Kooperationsprojekt zwischen der TUHH und der UHH bildet es heute noch das Gerüst der Forschungsinfrastruktur für viele Forschungsinitiative wie HQC, SFB 1615, wo Photonik und Elektronik eine zentrale Rolle spielen. Durch weitere Investitionsmaßnahmen ist die Ausstattung des ForLab HELIOS kontinuierlich erweitert und modernisiert worden. Das ForLab HELIOS ist aktives Mitglied im ForLab-Verbund.
SICHER (BMWK)
Das Kooperationsprojekt nutzt die technologischen und mikroelektronischen Innovationen im Bereich des Hochfrequenz-Chipdesigns für das Monitoring in Fahrzeuginnenräumen. An der TUHH wird ein berührungsloses Radarsystem zur Aufmerksamkeits- und medizinischen Zustandsanalyse von Fahrenden in Kraftfahrzeugen erforscht. Über kleinste Bewegungen der Körperoberfläche sollen Parameter wie die Herzaktivität oder die Atmung genutzt werden, um mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens auf Stress, Aufmerksamkeit, Müdigkeit oder medizinische Komplikationen zu schließen.
SFB1483 EmpkinS (DFG)
Das Teilprojekt im SFB „Empathokinästetische Sensorik“ (EmpkinS) erforsch einen interferometrischen Bewegungssensor, mit dem Mikrovibrationen auf der Körperoberfläche von Personen analysiert werden können. Forschungsthese des SFB ist, dass innere Regelzustände des Körpers durch äußere Makro- und Mikrobewegungen analysiert werden können. Der Sensor der TUHH umfasst das komplette System, von der Antenne, dem 61-GHz-Radar-Chipsatz, die Elektronik bis hin zur Signalverarbeitung und Kalibration.
SUSTRONICS (EU)
Das Europäische Kooperationsprojekt „Sutainable Electronics“ hat sich zum Ziel gesetzt, mit neuen Materialien und Technologien Elektronikschrott bei Einmal-Artikeln zu minimieren. Im Pilotvorhaben der TUHH werden extrem stromsparende Funkschnittstellen entworfen, die mit minimaler Elektronik und unter Verwendung von nur wenigen Chips in medizinische Wundauflagen zum Monitoring des Heilungsprozesses bei chronischen Wunden eingesetzt werden können. In diesem Rahmen werden beispielsweise Schaltungen und Antennen auf Papier oder so genannte Aufweckempfänger untersucht.
