{"id":31685,"date":"2025-09-23T09:34:35","date_gmt":"2025-09-23T07:34:35","guid":{"rendered":"https:\/\/fmd-insight.de\/?p=31685"},"modified":"2026-03-18T17:35:32","modified_gmt":"2026-03-18T16:35:32","slug":"highspeed-dank-photonen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/news\/interviews\/highspeed-dank-photonen\/","title":{"rendered":"Highspeed dank Photonen<\/strong> | \u00dcber lichtbasierte Chiptechnologie und das Schl\u00fcsselmaterial Indiumphosphid"},"content":{"rendered":"\n
©<\/span>Adobe Stock | Vitte Yevhen<\/div><\/div><\/div>\n
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Im Interview: Dr. Kristijan Posilovic vom Fraunhofer HHI<\/strong><\/p>\n<\/div><\/div><\/div> \n <\/div>\n\n \n <\/div>\n\n\n

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Wie wird ein Chip eigentlich hergestellt? Und was macht Indiumphosphid f\u00fcr den Prozess so besonders? Dr. Kristijan Posilovic, Abteilungsleiter f\u00fcr Technologie und Infrastruktur am Fraunhofer HHI<\/a>, gibt im Interview Einblicke in die Welt der (photonischen) Chips und erkl\u00e4rt, warum diese f\u00fcr Anwendungen in Telekommunikation, Gasdetektion oder Hochleistungslasern so entscheidend sind. Zwischen Reinraum, Lasern und Halbleiterschichten schaffen Dr. Kristijan Posilovic und sein Team mit modernster Fertigungstechnologie die Grundlage f\u00fcr die Datenkommunikation der Zukunft.<\/strong><\/p>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n <\/div>\n\n\n

Herr Dr. Posilovic, Sie leiten die Abteilung Technologie und Infrastruktur am Fraunhofer HHI. Woran arbeiten Sie und Ihr Team genau?<\/p>\n<\/div>

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Wir bieten die notwendigen Services f\u00fcr die Herstellung von s\u00e4mtlichen photonischen Komponenten bzw. Halbleiterchips, die am Fraunhofer\u00a0HHI hergestellt werden. Unsere Abteilung ist quasi eine Art technologisches R\u00fcckgrat der Chipherstellung. Aus Designs und Ideen der Wissenschaftler:innen aus Projektgruppen stellen wir Hardware her, also Chips, die gemessen werden k\u00f6nnen. Diese Chips k\u00f6nnen dann weiter in Geh\u00e4use gepackeged und schlie\u00dflich an Kunden verkauft werden.<\/p>\n<\/div>

Sie arbeiten in Ihrer Abteilung u. a. an photonischen Chips. K\u00f6nnen Sie erkl\u00e4ren, worum es sich dabei handelt \u2013 und was diese Chips von klassischen elektronischen Chips unterscheidet?<\/p>\n<\/div>

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Photonische Chips nutzen Licht, also Photonen statt Elektronen, um Informationen zu verarbeiten oder zu \u00fcbertragen. Damit das funktioniert, m\u00fcssen wir nat\u00fcrlich auch auf andere Halbleitermaterialien zur\u00fcckgreifen. W\u00e4hrend klassische Mikroprozessoren meist auf Silizium basieren, setzen wir bei photonischen Komponenten z. B. insbesondere auf Indiumphosphid. Dieses Halbleitmaterial hat die besondere Eigenschaft, dass es Licht emittieren kann. Das bedeutet, dass bei der korrekten Zusammenstellung des Chips durch Anlegen einer elektrischen Spannung Licht erzeugt wird. Je nachdem, wie die Materialschichten im Design kombiniert werden, entsteht dann aus einem photonischen Chip ein Laser, ein Photodetektor, ein Modulator oder auch ein komplizierter photonisch integrierter Schaltkreis<\/a>.<\/p>\n<\/div>

Wie l\u00e4uft die Herstellung eines photonischen Chips typischerweise ab \u2013 vom Design bis zum fertigen Modul?<\/p>\n<\/div>

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Die Herstellung eines photonischen Chips ist ein hochkomplexer, mehrstufiger Prozess. Die Fertigung startet mit dem Indiumphosphid-Substrat, auf dem durch Epitaxie weitere Materialschichten aufgebracht werden. Dabei werden verschiedene, zum Indiumphosphid passende Materialien aufgewachsen. Dieser Prozess macht das gezielte Einstellen von Parametern wie Materialzusammensetzung, Schichtdicke und mechanischen Spannungen, die die physikalischen Eigenschaften des sp\u00e4teren Bauelements wesentlich bestimmen, m\u00f6glich. So entsteht ein vertikaler Schichtaufbau, bei dem jede Schicht pr\u00e4zise aufeinander abgestimmt ist. Nach dem Epitaxie-Prozess haben wir dann einen Wafer mit den gew\u00fcnschten Schichten, aber noch lange kein funktionales Bauelement, also keinen Chip.<\/p>\n

Im n\u00e4chsten Schritt durchlaufen die Wafer den Frontend-Bereich unseres Reinraums. Dort kommen die klassischen Verfahren aus der Mikroelektronik zum Einsatz: Lithografie, Beschichtung, Trocken- und Nass\u00e4tzen sowie Metallisierung. Je nach Komplexit\u00e4t des Designs dauert diese Phase zwischen vier Wochen und vier Monaten.\u00a0 Anschlie\u00dfend beginnt im Backend die Vorbereitung zur Lichtauskopplung. Die Wafer werden hier in sogenannte Barren gespalten, also in eine Art Halbleiterstreifen mit glatten Kristallfl\u00e4chen, die wie Spiegel wirken. \u00dcber diese kann Licht aus dem Chip heraus oder hineingeleitet werden. Die Spiegelfl\u00e4chen werden im Backend optisch verg\u00fctet, also entspiegelt, \u00e4hnlich wie man es von Brillengl\u00e4sern kennt.<\/p>\n

Im letzten Schritt werden die Barren in einzelne Chips separiert. Diese werden anschlie\u00dfend in die Aufbau- und Verbindungstechnik zu kompakten Modulen weiterverarbeitet. Solche Module haben z. B. Glasfaseranschl\u00fcsse und elektrische Kontakte. Erst in dieser Form k\u00f6nnen unsere Kunden die Chips tats\u00e4chlich einsetzen.<\/p>\n<\/div>

Welche Rolle spielt die hybride Integration in der photonischen Chipentwicklung?<\/p>\n<\/div>

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Hybride Integration spielt eine zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung. Ein Beispiel: Wir kombinieren Laserchips aus Indiumphosphid, die eine bestimmte Wellenl\u00e4nge emittieren, mit einer Polymerplattform, die optische Netzwerke wie Wellenleiter, Schalter oder Filter beinhaltet und es erm\u00f6glicht, mit dem Licht zu arbeiten. So werden zwei unterschiedliche Technologien miteinander verbunden, n\u00e4mlich das Indiumphosphid mit z. B. dem Polymer. Das sind Materialien, mit denen wir derzeit noch ein wenig experimentieren und die wir weiterentwickeln. Wir sind aber bereits in der Lage, solche hybriden L\u00f6sungen anzubieten.<\/p>\n<\/div>

Wie viele Chips lassen sich aus einem Polymer gewinnen?<\/p>\n<\/div>

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Das ist sozusagen die Gretchenfrage, denn das h\u00e4ngt ma\u00dfgeblich von den Chipdimensionen ab. Die kleinsten Chips, die Laserchips, sind etwa doppelt so breit wie ein menschliches Haar. Auf einem 3- bis 6-Zoll-Wafer entstehen davon Hunderttausende. Unsere gr\u00f6\u00dften Chips hingegen bewegen sich im Zentimeterbereich. Von diesen lassen sich auf einem 3-Zoll-Wafer etwa sieben St\u00fcck realisieren.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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©<\/span>Fraunhofer Mikroelektronik<\/div><\/div>\n<\/div><\/div>\n

Muss pro Wafer ein einheitliches Chipdesign verwendet werden, oder k\u00f6nnen unterschiedliche Designs auf demselben Wafer integriert werden?<\/strong><\/p>\n

\u00bbJa, das ist m\u00f6glich, insbesondere auf unserer Multi-Wafer-Plattform. Dort k\u00f6nnen mehrere Designs gleichzeitig auf einem gemeinsamen Wafer gefertigt werden. Einzelne Kunden belegen jeweils bestimmte Bereiche des Wafers \u2013 so l\u00e4sst sich etwa in einem Segment ein Laser integrieren, w\u00e4hrend in einem anderen ein Modulator oder ein Wellenl\u00e4ngenfilter realisiert wird. Diese parallele Fertigung verschiedener Designs auf einem Wafer bietet unseren Partnern eine kosteneffiziente M\u00f6glichkeit, auch kleinere St\u00fcckzahlen oder Prototypen umzusetzen. Wir stellen dann daf\u00fcr die technologischen Tools her.\u00ab<\/p>\n

Lassen Sie uns noch einmal einen Blick auf das Thema Material werfen. Sie sagten bereits, dass bei Ihnen vor allem mit Indiumphosphid gearbeitet wird. Was genau macht das Material f\u00fcr photonische Chips so besonders?<\/strong><\/p>\n

\u00bbIndiumphosphid ist ein sogenannter III-V-Verbindungshalbleiter und damit physikalisch etwas ganz anderes als Silizium. Ein zentraler Unterschied liegt in der Art der Bandstruktur. Indiumphosphid ist ein direkter Halbleiter und Silizium ein indirekter Halbleiter. Das hat sehr konkrete Auswirkungen: Silizium kann keine Photonen emittieren.
\nIndiumphosphid eignet sich daf\u00fcr hingegen hervorragend. Wird elektrische Spannung angelegt, emittiert das Material effizient Licht. Der gro\u00dfe Vorteil von Indiumphosphid ist, dass seine \u00bbBandl\u00fccke\u00ab in dem Wellenl\u00e4ngenbereich liegt, wo Glasfasern ihr absolutes Absorptionsminimum haben \u2013 also dort, wo Licht besonders verlustarm \u00fcbertragen wird. Das ist essenziell f\u00fcr die optische Daten\u00fcbertragung, etwa in der Telekommunikation oder bei transkontinentalen Glasfaserkabeln. F\u00fcr solche Anwendungen sind also ganz bestimmte Wellenl\u00e4ngen erforderlich \u2013 und Indiumphosphid ist das einzige Material, das diese physikalisch erm\u00f6glicht.\u00ab<\/p>\n<\/div><\/div><\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n\n\n\n

Silizium l\u00e4sst sich aus Quarzsand gewinnen. Wie verh\u00e4lt es sich bei Indiumphosphid \u2013 woher stammen die Rohstoffe, und wie aufwendig ist die Herstellung des Substratmaterials?<\/p>\n<\/div>

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Genau, Silizium-Wafer lassen sich im Prinzip aus Sand herstellen, also aus Siliziumoxid, das in der Natur h\u00e4ufig auftritt. Bei Indiumphosphid ist es \u00e4hnlich: Indium ist ein seltenes Metall, das in der Erdkruste vorkommt, und Phosphor wird aus Phosphatgesteinen gewonnen. Um daraus ein geeignetes Substrat herzustellen, m\u00fcssen Indium und Phosphor jedoch zu einem perfekten Einkristall verbunden werden. Dieser Prozess ist deutlich aufwendiger als bei Silizium.<\/p>\n

Die Silizium-Substratherstellung ist dem Indiumphosphid um etliche Jahrzehnte voraus und technologisch sehr weit entwickelt. W\u00e4hrend in der Siliziumindustrie heute Wafer mit 200 Millimeter oder 300 Millimeter Durchmesser Standard sind, bewegt sich Indiumphosphid noch in einem Bereich von 3 bis 4 Zoll. Das entspricht 75\u202fmm bis 100\u202fmm. Im Vergleich zu Silizium ist das ein erheblicher Unterschied in der verf\u00fcgbaren Fl\u00e4che und in der industriellen Skalierbarkeit.<\/p>\n

Um die Kosten zu minimieren, sind viele Hersteller bestrebt, mindestens 6-Zoll-Indiumphosphid herzustellen. Auch wir testen gerade viel mit 6-Zoll-Indiumphosphid, aber die Qualit\u00e4t dieser gr\u00f6\u00dferen Substrate ist noch nicht auf dem Niveau, das f\u00fcr eine breite industrielle Nutzung erforderlich w\u00e4re.<\/p>\n<\/div>

Das hei\u00dft, die Herstellung gr\u00f6\u00dferer Wafer ist eine Herausforderung. Welche sind die Hauptfaktoren, die den Prozess des Wachstums eines Indiumphosphid-Wafers auf gr\u00f6\u00dfere Gr\u00f6\u00dfen erschweren?<\/p>\n<\/div>

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Beim Indiumphosphid besteht das Problem darin, dass Indium ein leicht schmelzbares Metall ist, w\u00e4hrend die Phosphorkomponente aus der Gasphase kommt. Das hei\u00dft, um ein Indiumphosphid-Kristall aus diesen beiden Elementen zu wachsen, werden relativ hohe Temperaturen ben\u00f6tigt, die aber noch beherrschbar sein m\u00fcssen. Zus\u00e4tzlich ist unglaublich hoher Druck auf einer gro\u00dfen Fl\u00e4che erforderlich, um ein 8 Zoll Indiumphosphid-Ingot (gro\u00dfe kristalline Bl\u00f6cke des Materials, die sp\u00e4ter in d\u00fcnne Wafer geschnitten werden) aus der Schmelze zu ziehen. Das gr\u00f6\u00dfere Problem ist jedoch, dass das Material eine h\u00f6here Neigung zu Rissen und strukturellen Defekten aufweist, wenn der Ingot zu gro\u00df wird. Das Indiumphosphid muss unter sehr spezifischen Bedingungen kristallisieren, und je gr\u00f6\u00dfer der Wafer, desto schwieriger wird es, diese Bedingungen konstant zu halten. Ein zu gro\u00dfer Ingot f\u00fchrt oft zu unerw\u00fcnschten Spannungen im Kristallgitter, was die Qualit\u00e4t des Wafers beeintr\u00e4chtigt und die Herstellung gr\u00f6\u00dferer Wafer technisch unpraktisch macht. Daher ist das Wachstum gr\u00f6\u00dferer Wafer bei Indiumphosphid aus materialwissenschaftlicher Sicht deutlich anspruchsvoller als bei Silizium.<\/p>\n<\/div>

Nachdem wir die technische Seite betrachtet haben, lassen Sie uns noch etwas \u00fcber die Anwendungsbereiche sprechen. Sie haben schon erw\u00e4hnt, dass die photonischen Chips f\u00fcr Glasfaser genutzt werden. Wo kommen Sie noch zum Einsatz?<\/p>\n<\/div>

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Das Indiumphosphid hat seinen Ursprung vor allem im Datakommunikations- und Telekommunikationsbereich, was mit seiner F\u00e4higkeit zusammenh\u00e4ngt, die passenden Wellenl\u00e4ngen f\u00fcr optische \u00dcbertragungen bereitzustellen. Angesichts des immer gr\u00f6\u00dfer werdenden Datenaufkommens durch Internet, Streaming oder KI w\u00e4chst der Bedarf an Indiumphosphid exorbitant und dieser Bedarf wird auch anhalten. Wir m\u00fcssen uns im Klaren dar\u00fcber sein, dass die Glasfasernetze, die mit wirklich hohen Investitionen installiert worden sind, nicht neu verlegt werden k\u00f6nnen. Deshalb m\u00fcssen die Sende- und Empfangskomponenten dieser Netze effizienter gestaltet werden. Um den immer h\u00f6heren Anforderungen gerecht zu werden, m\u00fcssen wir sicherstellen, dass die Detektoren bei Frequenzen von bis zu 150 GHz zuverl\u00e4ssig arbeiten. \u00a0Diese Photodetektoren k\u00f6nnen Lichtpulse im Pikosekundenbereich erfassen, das entspricht nur wenigen Millimetern Lichtausbreitung \u2013 das ist echte High End-Technologie. Neben den Photodetektoren entwickeln wir auch Modulatoren f\u00fcr die Datenkommunikation. Dar\u00fcber hinaus findet Indiumphosphid auch Anwendung im Bereich der Gasdetektion, wo es darum geht, ganz spezifische Wellenl\u00e4ngen zu erzeugen, um bestimmte Gase zu identifizieren. In diesen F\u00e4llen liefern wir unseren Kunden ma\u00dfgeschneiderte Laser, die exakt den Anforderungen entsprechen.<\/p>\n

Ein weiterer wachsender Bereich, in dem Indiumphosphid zunehmend zum Einsatz kommt, sind High-Power-Laser. Hier spielen vor allem hohe Leistung, Effizienz und Kosteneffektivit\u00e4t eine zentrale Rolle. Beispielsweise gibt es Anwendungen, die Halbleiterlaser nutzen, um andere Laser mit Energie zu versorgen. Aktuell sind solche Fusionsexperimente ein gro\u00dfes Thema.<\/p>\n<\/div>

Was sind weitere Trends oder n\u00e4chste Ziele in dem Feld, die sich abzeichnen? Was w\u00e4re revolution\u00e4r oder wichtig?<\/p>\n<\/div>

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In den n\u00e4chsten Jahren werden garantiert KI-Datenzentren das beherrschende Thema sein. Jeder kennt ChatGPT und gef\u00fchlt w\u00f6chentlich tauchen neue KI-Tools auf. In Hinblick darauf wird Energieeffizienz immer wichtiger werden.<\/p>\n

Es gibt unterschiedliche Prognosen, die besagen, in 10 bis 15 Jahren werden 20 bis 40 Prozent des Energiebedarfs eines Landes nur durch Unternehmen wie Google verbraucht. Daran m\u00fcssen wir schon heute denken und dieser Herausforderung begegnen. Und hier kann das Thema Chipherstellung einen wichtigen Beitrag leisten. Wenn ein Chip 10 Prozent weniger Strom verbraucht oder wir es schaffen, 80.000 Chips aus einem Wafer zu produzieren, k\u00f6nnen wir einen signifikanten Beitrag leisten. Manchmal sagen wir \u00bbGreen Photonics\u00ab dazu.<\/p>\n<\/div>

Zum Abschluss nochmal etwas Pers\u00f6nliches: Was macht Ihnen am meisten Spa\u00df bei der Arbeit?<\/p>\n<\/div>

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Als Abteilungsleiter bin ich leider viel zu selten im Reinraum, aber ich liebe die Arbeit dort. Die Welt der Reinraum-Technologie und Halbleiterfertigung fasziniert mich immer wieder aufs Neue. Es gibt st\u00e4ndig neue, hochmoderne Maschinen und Technologien, die wir direkt erleben und nutzen \u2013 z. B. Strukturen, die wir mit unserem Elektronen-Strahlschreiber in Dimensionen von 2 bis 5 Nanometern herstellen. F\u00fcr die meisten Menschen ist es kaum vorstellbar, in solch winzigen Ma\u00dfst\u00e4ben zu arbeiten. Davon abgesehen habe ich ein gro\u00dfartiges Team. Und wenn nach vielleicht drei Monaten ein Wafer aus der Fertigung kommt, der erfolgreich beim Kunden getestet wird und dieser begeistert ist, dann ist das einfach unglaublich motivierend. Solche Momente machen die Arbeit besonders spannend und erf\u00fcllend.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

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Kristijan Posilovic vom Fraunhofer HHI
©<\/span>Fraunhofer HHI<\/div><\/div>\n <\/div>\n\n\n

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Im Interview erkl\u00e4rt Dr. Kristijan Posilovic vom Fraunhofer HHI, wie Indiumphosphid photonische Chips pr\u00e4gt und warum es f\u00fcr Halbleiter und integrierte Schaltkreise entscheidend ist.<\/p>\n","protected":false},"author":144,"featured_media":31698,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":true,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[9],"tags":[],"class_list":["post-31685","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-interviews"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31685","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/144"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=31685"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31685\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":33525,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31685\/revisions\/33525"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/31698"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=31685"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=31685"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/fmd-insight.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=31685"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}