Aus der Forschung in die Anwendung: Projekte am Fraunhofer EMFT

Bis 2030 wird die weltweite Halbleiterproduktion voraussichtlich nahezu doppelt so hoch sein wie heute. Um die negativen Umweltauswirkungen abzufedern, haben sich 58 europäische Partner im EU-Projekt GENESIS das Ziel gesetzt, umweltfreundlichere Materialien und Prozesse in der Halbleiterindustrie zu entwickeln. Im Rahmen des Vorhabens arbeiten Forschende des Fraunhofer EMFT daran, Verfahren zur Abgasreinigung zu optimieren und die Effizienz von Produktionsprozessen zu steigern.

Diabetes ist eine der häufigsten Zivilisationskrankheiten. Etwa 15-25 % der Patienten entwickeln im Laufe ihrer Erkrankung ein diabetisches Fußsyndrom: Nervenschäden und Durchblutungsstörungen insbesondere in den Füßen. Da die Betroffenen ein reduziertes oder kein Schmerzempfinden in den Füßen haben, bilden sich oft unbemerkt Druckstellen, Blasen oder Schnitte, die ohne rechtzeitige Behandlung in einem offenen Geschwür resultieren können. Ein Pflaster mit integrierter Sensorik soll künftig helfen, kritische Zustände und Behandlungsbedarfe frühzeitig zu erkennen.

Eine Geburt ist ein Wunder der Natur – aber auch eine hochvulnerable Phase im Leben von Mutter und Baby. Im EU-Projekt Newlife arbeiten Forschende aus 6 europäischen Ländern gemeinsam an neuartigen sensorbasierten Monitoringlösungen, um das Wohlergehen von Mutter und Kind in der Schwangerschaft sowie während und nach der Geburt sicherzustellen. Ziel ist es, die pädiatrische und geburtshilfliche Versorgung digital zu revolutionieren.

Selbst in heutigen innovativen, miniaturisierten Elektronikprodukten wird hauptsächlich noch eine traditionelle Verkabelung verwendet. Das Problem: Die manuelle Verdrahtung kann bis zu 80 % der Produktkosten ausmachen und wirkt sich auch auf die Zuverlässigkeit, den Produktionsertrag, das Gewicht und den Ressourcenverbrauch aus. Nicht zuletzt limitiert sie die Möglichkeiten einer weiteren Miniaturisierung. Forschende des Fraunhofer EMFT arbeiten im Projekt HyPerStripes mit 16 Partnern aus drei europäischen Ländern an einer vielversprechenden Alternative: langen, flexiblen elektronischen Systemen ("Hyperstripes"), die herkömmliche Kabel und Leiterplatten ersetzen sollen.

28 europäische Forschungspartner aus 10 Ländern wollen in Europa einen Quantenrechner mit bis zu 1.000 Qubits entwickeln, bauen und betreiben. Künftig soll er externen Nutzern an einem zentralen Standort zur Verfügung gestellt werden. Im Rahmen des Projekts entwickelt das Fraunhofer EMFT neue Herstellungsverfahren für Qubit-Chips, die künftig eine Chipfertigung im industriellen Maßstab für die kommerzielle Nutzung ermöglichen sollen.

Mit der Gründung des Munich Quantum Valley (MQV) im Jahr 2022 haben sich sieben führende Forschungseinrichtungen in Bayern, darunter auch die Fraunhofer-Gesellschaft, einem ehrgeizigen Ziel verschrieben: dem Bau des ersten deutschen Quantencomputers mit bis zu 1000 Qubits "made in Bavaria". Die Partner arbeiten an der Realisierung von vollständigen Quantencomputer-Demonstratoren, die remote für Forschung und Industrie zugänglich sind. Die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer EMFT bringen dabei ihre Engineering-Kompetenz ein, um die Skalierung und Industrialisierung der Qubit-Plattform auf Basis supraleitender Qubits zu ermöglichen.

Viele Plasma-Beschichtungsanlagen der Halbleiterindustrie müssen nach jedem Fertigungsschritt gründlich und regelmäßig gereinigt werden. Bisher geschieht dies überwiegend mit perfluorierten Kohlenwasserstoffen (PFCs) und Stickstofftrifluorid (NF3) – Gasen, die für die Umwelt bis zu 17.000 Mal schädlicher sind als das „Treibhausgas“ CO2. Solvay, Texas Instruments, Muegge und die Fraunhofer EMFT arbeiten im Projekt ecoFluor an einer umweltfreundlicheren Alternative, die lediglich das Treibhauspotenzial von CO2 hat: Der von den Kooperationspartnern eingesetzte Gasmix „Solvaclean®“ aus Fluor, Stickstoff und Argon verzichtet vollständig auf die besonders umweltschädlichen Gase PFCs und NF₃.

Rund 80 % des CO2-Abdrucks durchschnittlicher Elektronikbauteile entsteht bereits bei der Produktion. Ein Forschungsteam des Fraunhofer EMFT arbeitet daran, Prozesse in der Halbleiterfertigung zu optimieren, um den Einsatz klimaschädlicher Prozessgase zu minimieren. Dabei testen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch klimafreundlichere Alternativen zu bislang standardmäßig eingesetzten Ätzgasen.

Die strategische Bedeutung von Halbleitern und die Abhängigkeit Europas von anderen Regionen der Welt zeigt sich durch die jüngsten internationalen Krisen deutlich. Im EU-Projekt ICOS Arbeiten europäische Forschungsorganisationen gemeinsam mit der Industrie am Aufbau von Know-how und Netzwerken, um Europa gemäß den Zielen des EU Chips Acts zu unterstützen, seine Souveränität und Führungsrolle in diesem Bereich wiederzuerlangen.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind nach wie vor die Haupttodesursache in Europa – und jedes Jahr gibt es innerhalb der EU mehr als 6 Millionen Neuerkrankungen. Zuverlässige Monitoringsysteme, welche intermittierende Anomalien erfassen und kritische Herzverhaltensweisen erkennen, wären ein wirksames Mittel gegen den gefürchteten plötzlichen Herztod. Ziel des EU-Projekts SmartVista (Smart Autonomous Multi Modal Sensors for Vital Signs Monitoring) ist die Entwicklung und Demonstration einer kostengünstigen, intelligenten multimodalen Sensorplattform der nächsten Generation, um die Häufigkeit des plötzlichen Todes durch Herz-Kreislauferkrankungen zu reduzieren.