Nanoident Weltweit erste Fabrik für gedruckte Opto-Sensoren eröffnet

Redakteur: Kristin Rinortner

In Linz wurde am 13. März 2007 die weltweit erste Fabrik für die Serienfertigung gedruckter optoelektronischer Halbleitersensoren eröffnet. Die mit einer Art Tintenstrahldrucker hergestellten organischen Halbleiter offerieren zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten.

Firmen zum Thema

Gründer der Nanoident, Klaus Schröter: „Das Potenzial zu revolutionären Anwendungen“
Gründer der Nanoident, Klaus Schröter: „Das Potenzial zu revolutionären Anwendungen“
( Archiv: Vogel Business Media )

Das Potenzial gedruckter Halbleiter ist immens. „Diese Technologie wird die Halbleiterindustrie revolutionieren“, davon ist der Vorstandsvorsitzende und Gründer der Linzer Firma Nanoident, Klaus Schröter, überzeugt. Am 13. März 2007 eröffnete das österreichische Unternehmen die weltweit erste Fabrik, in der auf 400 m2 Reinraumfläche (Klasse 100) optoelektronische Halbleitersensoren gedruckt werden.

„Durch die einzigartigen Merkmale organischer optoelektronischer Bauelemente können wir unseren Kunden neue Lösungen zu signifikant niedrigeren Kosten als die heute verfügbaren silicium-basierten Lösungen bieten. Wir stehen am Beginn einer neuen Halbleiterindustrie, deren Entwicklung wir entscheidend mitprägen wollen, um gemeinsam mit unseren Kunden revolutionäre Anwendungen auf den Markt zu bringen“, so Schröter.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 6 Bildern

Stark wachsender Multi-Milliarden-Markt

Wovon Schröter spricht, das sind etwa 80% neue Applikationen in Bereichen, die mit kommerziellen Halbleitern auf Silicium-Basis nicht möglich oder nicht kostengünstig realisierbar sind wie z.B. biometrische Sensoren oder Lab-on-a-Chip-Applikationen. Massenmärkte sieht der Deutsche u.a. in den Bereichen Health Care, mobile Kommunikation und Energie.

Marktforschungsunternehmen wie IDTechEX prognostizieren bis zum Jahr 2025 ein Marktvolumen von 300 Mrd. US$ für gedruckte organische Halbleiter. Dieser „Multi-Milliarden-Markt“ soll zudem schneller wachsen als der in den Anfangsjahren der Halbleiterindustrie in den 1960er-Jahren.

Die Forschungsarbeiten zu halbleitenden organischen Polymere reichen bis in ähnliche Zeiten zurück. Der „Vater“ der organischen Halbleiter, Alan J. Heeger, erhielt jedoch erst im Jahr 2000 den Nobelpreis für Chemie. Mit Heeger forschte Niyazi Serdar Sariciftci. Beide entdeckten den photo-induzierten Ladungstransfer in organischen Donator-Akzeptor-Systemen, der die Grundlage für organsiche Fotodetektoren und Solarzellen darstellt. Später legte der Türke gemeinsam dem jetzigen technischen Direktor und Mitgründer von Nanoident Franz Padinger an der Johannes-Kepler-Universität in Linz die technische Basis für organische Solarzellen.

Schröter ist rückblickend „sehr froh“, dass ihn der Professor Sariciftci vor einigen Jahren überzeugt hat, in Linz die Firma zu gründen, die jetzt als erste kommerziell gerduckte Halbleiter herstellt.

Halbleitende Flüssigkeiten mit Nanopartikeln für „Plastikelektronik“

Die Grundlagen für die schnellen Fertigungsprozesse der „Plastikelektronik“ bilden flüssige, elektrische leitende und halbleitende Polymere, die mit einer Art Tintenstrahldrucker oder im Siebdruck auf nahezu beliebige Oberflächen wie Folien oder Plastik gedruckt werden. Auf diese Weise lassen sich für hochvolumige Massenmärkte sehr flexible, dünne und leichte Fotohalbleiter herstellen. Und das auf einem Kostenniveau, das lediglich einem Bruchteil der herkömmlichen Fertigungsverfahren in der Halbleiterei entspricht. Neue Marktsegmente sind vor allem bei Displays, Sensoren, Solarzellen, Beleuchtungssystemen und intergrierten Schaltungen zu finden. Das Unternehmen konzentriere sich vorerst auf die Bereiche Lab-on-a-Chip (Biochips), Fingerprintsensoren und Solarzellen, erzählt Padinger.

Dazu hat man verschiedene Tochterunternehmen gegründet wie die im Silicon Valley ansässige Bioident. CTO Wasiq Bokhari präsentiert dann auch einen Biochip-Sensorarray, mit dem sich mithilfe eines Tropfens Blut innerhalb von Minuten Allergien diagnostizieren lassen. Die Kosten des Wegwerfprodukts in Handygröße liegen im Bereich zweistelliger Dollarwerte. Die Auswertelektronik, Datenspeicherung und -übermittlung sind im Gehäuse integriert.

Die Schaltgeschwindigkeiten der passiven Matrix liegen wesentlich über 30 Fps, aktive Matrizen werden entwickelt.

Drastisch reduzierte Fertigungszeiten und Kosten

Die Fertigungszeiten lassen sich mit gerdruckten organischen Halbleitern drastisch reduzieren: von zwei oder drei Monaten bei der herkömmlichen Chipproduktion auf Tage oder Stunden. EDA-Entwicklungswerkzeuge und Simulationstools sind identisch zu klassischen Prozessen. Die Chipgröße soll keinen Beschränkungen unterliegen.

Das Know-How des Verfahrens liegt einerseits in der Zusammensetzung der kommerziell erhältlichen „Tinten“, die aus einer Mischung von leitenden und halbleitenden konjugierten Polymeren, speziellen Additiven und Fullerenen (Nanomaterialien kleiner als 10 nm, die aussehen wie ein Fußball) bestehen. Auf der anderen Seite wird jeder Schritt des Prozesses akkurat überwacht, chemisch analysiert und gesteuert bis zum einzelnen Tintentropfen. Die Produktion erfolgt auf in der Industrie gängigen Druckmaschinen, die für den Gebrauch organischer Lösungsmittel modifiziert wurden.

Derzeit wird ein Batch-Prozess mit max. Substratgrößen von 50 cm × 50 cm gefahren (der Biochip liegt bei 2,5 cm × 2,5 cm). Vor dem Druck wird das Substrat gereinigt und für eine ausreichende Haftfestigkeit der Tinten konditioniert. Der Druck erfolgt Schicht für Schicht (Halbleiter, Leiter, Isolator, Widerstand und Dielektrik). Dazwischen härtet man die Schichten aus. Die Strukturbreiten liegen unter 10 µm; die Schichtdicken durchschnittlich bei 100 nm. Das Substrat wird auf einem beheizbaren x/y-Tisch mit einer Genauigkeit im Sub-µm-Bereich positioniert. Abschließend wird die Struktur per Laser oder Glasschneidesystem vereinzelt.

Von der Vision zur Realität

Im März 2007 wurde aus einer Vision, die Schröter und sein Partner Padinger im Jahr 2004 hatten, eine 800 m2 große Chipfabrik mit 400 m2 Reinraumfläche. In einem Reinraum der Klasse 100 (max. 100 Partikel/1 m3 Luft) produzieren zehn Ingenieure bereits seit der Vorlauf- und Testendphase im November 2006 einen Biochip für einen deutschen Hersteller.

Bis Ende des Jahres soll der Durchsatz vervielfacht werden und die Mitarbeiterzahl von derzeit insgesamt 50 auf 100 steigen. Die produzierte Chipfläche soll 40.000 m2 betragen, das entspricht der Kapazität einer modernen Silicium-Fabrik in Europa.

„Es gibt viele, auch verrückte Ideen, was wir alles herstellen könnten, der Phantasie sind keine Grenzen gesetzt“, meint Padinger.

(ID:202929)