imec InterConnect 8 (november 2000) by imec

InterConnect IMEC Nieuwsbrief

Nr. 8, halfjaarlijks / november 2000

Nanotechnologie: fictie of realiteit Op weg naar het intelligente huis Nieuwe spin-off: XenICs APEX start in digitale audio IMEC, innovatiepartner voor uw bedrijf Union MiniĂ¨re versterkt positie in halfgeleidermarkt

Enkele weken geleden werd de Nobelprijs fysica uitgereikt aan de grondleggers van de moderne micro-elektronica. In 1958 maakte Jack Kilby de eerste geĂŻntegreerde schakeling. De Russen Alferov en Kroemer kregen de andere helft van de Nobelprijs voor hun cruciale bijdrage in hoge-snelheids- en opto-elektronica. Hun impact is enorm geweest. Wie had toen kunnen vermoeden dat zij mee aan de basis liggen van de informatiemaatschappij, van de computer, de GSM?

woord vooraf Nu, bijna vijftig jaar later, staan we aan de vooravond van een nieuwe revolutie. Onderzoekers beseffen dat de micro-elektronica zoals we die nu kennen nog hooguit vijftien jaar te gaan heeft. Doorgedreven miniaturisatie van transistoren doet ons immers belanden op moleculair of atomair niveau wat een complete omwenteling in technologie teweegbrengt. Nanotechnologie is het buzz-woord. In de toekomst zullen elektronische systemen molecule per molecule opgebouwd worden. Net als in biotechnologie trouwens, waar de mens gen per gen ontrafeld wordt. De mogelijkheden zijn enorm, en vandaag zeker nog niet te overzien. In dit nummer krijgt u een voorsmaakje van wat ons te wachten staat. En als dit allemaal teveel als toekomstmuziek in de oren klinkt, neem dan een kijkje in de bijdrage over Go4Net, een herconfigureerbare webcamera. Lees meer over onze samenwerkingen met Vlaamse bedrijven, en over onze jongste spin-off, XenICs, die IMECâ&#x20AC;&#x2122;s infraroodtechnologie commercialiseert. Veel leesplezier!

Katrien Marent Wetenschappelijk redacteur

2 InterConnect

november 2000

woord vooraf

Misschien denkt u wel dat nanotechnologie science fiction is. Niets is minder waar. Onderzoek in nanotechnologie gaat immers met rasse schreden vooruit. Het potentieel is enorm. Worden we binnenkort omringd door nanorobots, slikken we intelligente nanogeneesmiddelen, of zal het allemaal niet zo’n vaart lopen? We nemen alvast een kijkje hoe nanotechnologie verdere vooruitgang kan brengen in de micro-elektronica en hoe nieuwe toepassingen zullen ontstaan uit de samensmelting van nano-elektronica en biotechnologie.

Wat is nanotechnologie? Een mogelijke definitie is de technologie voor het fabriceren en controleren van functionele structuren met atomaire precisie. Nano is een miljoenste van een millimeter. Typische dimensies van nanostructuren liggen tussen de 1 en 100nm (10nm is 1.000 keer kleiner dan de diameter van een menselijk haar). De technologie is alles doorsijpelend. Ze zal voor nieuwe en opmerkelijk verbeterde toepassingen zorgen in fysica, scheikunde, elektronica, geneeskunde, ruimtevaart, defensie, milieubescherming, enz. Zo zal nano-elektronica toelaten om hyperkleine microprocessoren te maken tegen lage kostprijs, die heel weinig vermogen ver-

DNA-molecule

Nanotechnologie: fictie of realiteit? bruiken en de efficiëntie van computers enorm verhogen. Kleine geheugenelementen zullen ontwikkeld worden met een opslagcapaciteit die minstens 1000 keer groter is dan vandaag.

Sloopt nano-elektronica de “Red Brick Wall”? De “International Technology Roadmap for Semiconductors” (ITRS) voorspelt technologische en fysische problemen bij het schalen van CMOS-transistoren beneden 100nm waarvoor men tegenwoordig nog

Moleculair radarnetwerk met 2560 atomen (Foresight Institute)

nanotechnologie

geen oplossing heeft. Onderzoek loopt dus vast op een muur. Dit wordt de “Red Brick Wall” genoemd. Wetenschappers zijn dan ook druk op zoek naar nieuwe materialen en technologieën die het hoofd kunnen bieden aan deze problemen. Zo ontdekte men dat bepaalde technieken die gebruikt worden in nanotechnologie, sommige problemen kunnen oplossen bij het schalen van CMOS beneden 100nm. Een eerste opdracht van nanoelektronica ligt dan ook in het afbreken van de “Red Brick Wall”. Enkele voorbeelden: Epitaxie is een techniek die in de micro-elektronica gebruikt wordt om lagen te deponeren en is ontstaan uit het onderzoek naar nanotechnologie. Epitaxie werkt als volgt: ieder kristal heeft een bepaalde voorkeuras, m.a.w. een voorkeurrichting om materialen op te laten groeien. Bij epitaxie worden lagen gedeponeerd loodrecht op de voor-

48 ijzeratomen op een koper blad (IBM)

november 2000

InterConnect

keuras. Een andere heel belangrijke techniek is atoomlaag CVD (chemical vapor deposition). Bij atoomlaag CVD gaat men via reactieve gassen atoomlaag na atoomlaag deponeren, tot een film verkregen is met de gewenste dikte. Zo kan men lagen groeien met perfecte dikte en uniformiteit. Deze techniek wordt nu reeds toegepast in de micro-elektronica, o.a. voor het deponeren van heel dunne materiaallagen met een hoge diëlektrische constante als alternatief poortoxide (een essentieel element van een transistor). Zo wordt er ook al gretig gebruik gemaakt van de scanning-tunnelingmicroscoop en de atoomkrachtmicroscoop die onder meer toelaten om beelden te maken van atomen. Ze zijn enorm nuttig voor nauwkeurige inspectie van de uniformiteit van een gedeponeerde laag.

Wat beneden 10nm?

Atoomkrachtmicroscoop

4 InterConnect

november 2000

De fysische limieten van CMOS-transistoren liggen rond 10nm. Dit betekent niet dat we CMOS zullen schalen tot 10nm. Economische redenen zullen dit hoogst waarschijnlijk niet toelaten, aangezien de ontwikkelingskosten per technologiegeneratie enorm stijgen. Er zullen dus alternatieven moeten gezocht worden. Maar waarom is CMOS-fabricatie niet meer mogelijk beneden 10nm en welke oplossingen zijn er? De kern van de zaak is dat CMOS berust op een “topdown” benadering. Hiermee

Zelfassemblage van moleculen: omwille van elektrostatische wisselwerking nemen de moleculen een bepaalde richting aan (uit Scientific American) bedoelt men dat een CMOStransistor geproduceerd wordt door achtereenvolgens laagjes materiaal te deponeren, bepaalde stukken weg te etsen, opnieuw een ander materiaal te deponeren enz., tot men een transistor opgebouwd heeft. U kan zich waarschijnlijk goed voorstellen dat de depositie en het wegetsen van materialen met een enorm grote nauwkeurigheid moet gebeuren om transistoren van 10nm te realiseren. De minste fluctuatie in het ets- of depositieproces brengt een te grote structuurafwijking met zich mee, en bijgevolg compleet andere elektrische eigenschappen. Men is dus niet meer in staat om reproduceerbare transistoren te maken. Daarom moet de traditionele “top-down” CMOS-fabricatie vervangen worden door een “bottom-up” benadering waarbij men vertrekt van individuele atomen of moleculen in plaats van materiaallagen. Zo komen we terecht in de wereld van nanotechnologie. Wanneer men atomen of moleculen op een gerichte manier kan laten assembleren, is men in staat om perfect reproduceerbare structuren te maken.

nanotechnologie

Een veelbelovende techniek is zelfassemblage. Bij zelfassemblage ordenen de atomen/moleculen zichzelf in een bepaalde solide structuur. Zelfassemblage zit voor het ogenblik nog in een onderzoeken ontwikkelingsfase en is nog niet rijp voor productie. Momenteel zijn er nog 2 struikelblokken: de techniek is heel traag en we hebben nog onvoldoende controle over het proces. Maar één ding is zeker, een “bottom-up” proces is de enige benadering die zal toelaten om reproduceerbare structuren te maken.

De nanotransistor Het moleculair equivalent van een transistor die zowel kan schakelen als stroom versterken, moet nog ontdekt worden. Wetenschappers hebben wel reeds kunnen aantonen dat individuele moleculen elektrische stroom kunnen geleiden en schakelen. Zo werd er al een moleculaire schakelaar gerealiseerd. Eén keer we in staat zijn om nanotransistoren te realiseren en complete schakelingen ermee op te bouwen, kunnen we enorme potentiële mogelijkheden verwachten. Zo zal de

dichtheid van de schakeling waarschijnlijk met een factor 106 stijgen. Er zal enorme rekenkracht kunnen geïmplementeerd worden op een onvoorstelbaar kleine oppervlakte, met bovendien een laag vermogenverbruik. De technologie zal daardoor ook ontzettend goedkoop zijn per bit. Het ultieme doel is echter om uiterst gesofisticeerde elektronische “hersenen” te maken aan de hand van nanotransistoren. In principe zouden alle producten intelligent kunnen worden door overal minuscule moleculaire “brains” in te bouwen. Maar dit ligt echter nog heel ver van ons af. Verschillende grote uitdagingen moeten nu eerst aangegaan worden. Hoe zullen we een nanotransistor maken die bestaat uit drie terminals, zoals de traditionele CMOS-transistor, waardoor de stroom die vloeit tussen twee terminals gecontroleerd kan worden door de derde terminal? En een zelfs nog grotere uitdaging: hoe zullen we die miljarden moleculen aan mekaar schakelen? Voorlopig heeft men hierop nog geen antwoord. Maar één ding is zeker, om een hele Pentium processor te realiseren in moleculaire elektronica, zal men een perfecte controle nodig hebben over zelfassemblage.

Is er nog toekomst voor de micro-elektronica? Toch zal micro-elektronica niet verdwijnen. Er zal altijd een interface nodig zijn tussen het

moleculaire niveau en de omgeving. De signalen die door de moleculaire chip verwerkt zijn, zullen moeten overbrugd worden naar de normale omgeving. Hier zal micro-elektronica een belangrijke rol spelen. Denk maar bijvoorbeeld aan een eenvoudige sensor om een deur te openen. Een sensor die opgebouwd is uit moleculaire elektronica, werkt met ultra kleine stroompjes. Met dergelijke kleine stroompjes open je echter geen deuren. Indien moleculaire elektronica zal doorbreken, zal de microelektronica dus niet van het toneel verdwijnen, zoals gebeurd is bij het ontstaan van de halfgeleidertechnologie. Halfgeleiders hebben toen de vacuümbuizen volledig vervangen.

Van micro-elektronica naar biosensoren Biotechnologie en nano-elektronica hebben heel wat met elkaar gemeen. Zowel bij biotechnologie als nano-elektronica is het van essentieel belang dat men fundamenteel begrijpt hoe de wereld van de moleculen in elkaar zit. Beide technologieën werken dus op moleculair niveau, en het is dan ook niet verwonderlijk dat talrijke nieuwe toepassingen zullen ontstaan uit de samensmelting van biotechnologie en nanoelektronica. Denk maar aan intelligente geneesmiddelen die in je lichaam zullen circuleren en enkel de juiste medicatie zullen leveren in aanwezigheid van de ziektekiem. Tevens zal het mo-

nanotechnologie

Moleculaire schakelaar (uit Scientific American) gelijk zijn om een ultrakleine sensor in te planten die bijvoorbeeld continu de hoeveelheid glucose in het bloed meet. Wanneer de glucosewaarde beneden een bepaald niveau zakt, zal er automatisch een gepaste hoeveelheid insuline in het bloed geleverd worden. Aan de basis hiervan ligt een biochemische sensor. Dergelijke toepassingen lijken op het eerste zicht misschien wel futuristisch, maar niets is minder waar. IMEC ontwikkelt nu reeds biochemische sensoren die het resultaat zijn van het samenbrengen van microelektronica en biochemie. Verschillende soorten biosensoren kunnen onderscheiden worden en dit voor allerlei toepassingen (zie ook het InterConnect nummer van december 1999). Een voorbeeldje: IMEC ontwerpt momenteel een microbiosensorsysteem waarmee de huisarts binnen een half uurtje kan vaststellen of een patiënt prostaatkanker heeft. Hiertoe zal een ultrakleine hoeveelheid bloed op de sensor aangebracht worden. Door interactie van bepaalde kankerbestanddelen (zogenaamde “marker proteins” of merkerproteïnen) in het bloed met de receptormoleculen (herkenningsprobes) van de

november 2000

InterConnect

Principe van een biosensor

sensor, zullen de elektrische eigenschappen van de transducer veranderen. Vervolgens geeft het sensorsyteem een signaal af dat aangeeft of de persoon de ziekte aan het ontwikkelen is. De realisatie van een dergelijke biosensor vraagt een grondig inzicht in de onderliggende interactiechemie om een efficiënte chemische interface tussen transducer en receptormoleculen te verkrijgen. Om de te testen vloeistoffen (vb. druppeltjes bloed) perfect

bij het gevoelige gebied van de sensor te brengen, worden er ultrafijne toevoerkanaaltjes geëtst. Belangrijk hierbij is dat men op micro- en nanometerschaal vloeistoffen moet kunnen beheersen, bijvoorbeeld het regelen van de vloeistofrichting en de snelheid van transport van de vloeistof. Deze technologie wordt “microfluidics” genoemd. Bovendien tracht IMEC de biosensor die bestaat uit een transducer, chemische tussenlaag en receptormoleculen, te integreren met de ultrafijne

toevoerkanaaltjes in één verpakking, m.a.w. een biosensor-systeem-in-een-verpakking (BioSIP). Dankzij de sterke integratie zullen deze BioSIPs een hogere gevoeligheid en stabiliteit leveren en een grotere flexibiliteit voor de gebruiker. Dit is nog maar een peulschil van wat nanowetenschap zal brengen aan vooruitgang in de geneeskunde. Maar één ding is zeker, een fundamenteel inzicht in de wereld van moleculen en atomen zal ons toelaten om deze zodanig te manipuleren tot nieuwe structuren die ons leven een stuk gemakkelijker maken.

Wat is een biosensor? Een biosensor bestaat uit transducer, een chemische tussenlaag en een gevoelige bovenlaag die samengesteld is uit chemische of biologische bestanddelen waarin herkenningsprobes (receptormoleculen) verwerkt zijn. De probes kunnen specifieke biochemische of chemische bestanddelen in vloeistoffen detecteren. De chemische interface of tussenlaag is aangebracht op een transducer die de resulterende energieverandering van de interactie tussen het bestanddeel in de vloeistof en de herkenningsprobe omzet in een signaal dat door uitleeselektronica verwerkt wordt.

6 InterConnect

november 2000

Voorbeelden van affiniteit-gebaseerde biosensoren, ontwikkeld in IMEC

nanotechnologie

Wat zou u ervan vinden om vanop uw kantoor via het Internet uw microgolfoven te programmeren, zodat uw eten klaar is tegen dat u thuiskomt van het werk? Dit lijkt fictie, maar binnenkort zullen dergelijke technische vernuftheden ook uw leven een stuk gemakkelijker maken. IMEC’s onderzoek brengt ons stap voor stap dichter bij het intelligente huis van de toekomst. Een eerste prototype van een netwerktoestel werd reeds gemaakt: een camera die via het Internet opnieuw kan geconfigureerd worden. We nemen een kijkje over de schouders van onze ingenieurs …

Op weg naar het intelligente huis Computernetwerken zijn niet meer weg te denken uit onze maatschappij. Via deze netwerken kunnen verschillende computers communiceren met elkaar zowel binnen een bedrijf, als wereldwijd via het Internet. In de ICT-(informatie- en communicatietechnologie) sector is men echter van mening dat dit kluwen van computerverbindingen beter kan benut worden dan momenteel het geval is. Bovendien zullen door de snelle evolutie in netwerktechnologie, belangrijke factoren zoals datasnelheid en netwerkcapaciteit de komende jaren zeker nog stijgen. Met dit in het achterhoofd is de ICT-wereld dan ook druk op zoek naar methodes om allerhande toestellen aan dit informatienetwerk te koppelen.

Wat is zo’n netwerktoestel? IMEC heeft een prototype van een dergelijk netwerktoestel ontworpen, waarmee aangetoond werd dat we helemaal niet meer zo ver afstaan van intelligente toestellen waarmee we kunnen communiceren. Het prototype is een herconfigureerbare Internet camera, die de naam Go4Net kreeg. We

intelligente toestellen

Demo van herconfigureerbare Internet camera kennen allemaal wel die kleine webcams, die kleine camera’s die je met je PC kan verbinden, en waarmee je elektronisch foto’s of filmpjes kan opnemen en doorsturen. Eigenlijk doet deze Go4Net net hetzelfde, maar komt er geen PC meer bij kijken. Het toestel werkt volledig zelfstandig. De bedoeling was een toestel te maken dat gemakkelijk opnieuw geconfigureerd kan worden. Daarom werd de applicatie ontwikkeld in FPGA-(field programmable gate array) technologie. Een FPGA is een hardware component die bestaat uit een verzameling logische blokken en een meerlagige metaalinterconnectie structuur. Deze interconnecties zijn de verbindingen tussen de blokken en kunnen via programmatie veranderd worden, zodat de elektronische schakeling verandert en de FPGA een nieuwe

functie kan uitvoeren. FPGA’s worden traditioneel veel gebruikt waar software niet kan voldoen aan de vereiste performantie en er toch een hoge flexibiliteit nodig is. De data om de FPGA te configureren is meestal gestockeerd in de nabijheid van de FPGA en wordt ingelezen bij het opstarten.

Go4Net

november 2000

InterConnect

Maar voor netwerkapplicaties kan de configuratiedata echter gestockeerd worden op een andere plaats en via een netwerkconnectie geleverd worden.

8 InterConnect

november 2000

Go4Net bestaat uit een Ethernet netwerkinterface, een FPGA met SRAM (static random access memory), en een applicatieinterface. De applicatieinterface is verbonden aan een IBIS4-camera, een beeldopnemer in CMOS-technologie met 1,3 miljoen beeldpunten, ontwikkeld door de IMEC spin-off FillFactory. De FPGA bevat de algoritmes (geprogrammeerd in hardware) die nodig zijn om het ruwe beeldmateriaal van de camera om te zetten in een standaardformaat en de data vervolgens te versturen over het netwerk naar een webbrowser. Om dit te realiseren moet de FPGA Internet protocols ondersteunen zoals TCP/IP voor datatransport en HTTP om de camera aan te sturen. Daarnaast is er ook nog een applicatie ingebouwd waarmee de camerabeelden omgezet kunnen worden in een standaard beeldformaat (GIF).

Het intelligente huis Go4Net is echter nog maar het begin. Herconfigureerbaarheid opent tal van nieuwe toepassingen. Denk bijvoorbeeld maar aan het versturen van multimediadata volgens de nieuwe multimediastandaard MPEG-4. Een belangrijk kenmerk van MPEG-4 data is de grote verscheidenheid aan types beelden (gelaatsanimatie, video, haarscherpe foto’s, …) die kunnen verzonden worden over verschillende communicatienetwerken. Herconfigureerbaarheid kan hier gebruikt worden om, te samen met de multimediadata, specifieke compressie/decompressie algoritmes mee te sturen, zodat de ontvanger optimaal geconfigureerd is om de informatie exact weer te geven. Allerlei toestellen, zoals TV, video tot zelfs huishoudtoestellen kunnen verbonden worden met elkaar via bestaande informatienetwerken en met elkaar communiceren. De toestellen worden als het ware intelligent. Meer nog, de omgeving rondom ons krijgt intelligentie. Het onderzoeksthema van IMEC’s ontwerpdivisie heet dan ook “Het Intelligente Huis”. In het intelligente huis zal men van overal informatie kunnen opvragen aan huishoudtoestellen en ze indien nodig op afstand bijsturen. De ultieme doelstelling is echter om al deze toestellen in het huis draadloos met elkaar te verbinden. Zo komen we te-

intelligente toestellen

recht bij IMEC’s onderzoek naar draadloze communicatie, waarover we reeds uitvoerig gesproken hebben in het InterConnect nummer van december 1999.

Ontwerp van systemen-op-chip Met de opkomst van dergelijke intelligente netwerktoestellen, dient de ontwikkeling van chips zoals wij die nu kennen, herbekeken te worden. De tijd dat de PC centraal stond en als dusdanig ook in belangrijke mate de halfgeleiderindustrie stuurde, is voorbij. Nieuwe markten gebaseerd op het samengaan van communicatie, computers en consumentenelektronica winnen meer en meer aan belang. Bij dergelijke nieuwe micro-elektronische systemen worden eisen zoals herconfigureerbaarheid, schaalbaarheid, laag vermogen, kleine afmetingen en flexibiliteit steeds belangrijker. De informatie-apparaatjes die intelligentie toevoegen aan tal van toepassingen vereisen volledige systemen-op-chip (SoC), met zowel hardware als ingebouwde software. Om dergelijke complexe systemen te ontwerpen binnen een aanvaardbare tijd en tegen een betaalbare prijs, moeten nieuwe systematische ontwerpmethodes ontwikkeld worden. Belangrijk hierbij is de mogelijkheid tot herbruikbaarheid van bouwblokken door technieken die elektronische systemen op abs-

tracte wijze bekijken als een aantal bouwblokken. Hiertoe heeft IMEC een object-georiënteerde C++ ontwerpomgeving ontwikkeld, OCAPI-xl, die toelaat om zowel hardware als software implementatie te schrijven met één enkele taal (C++). OCAPI-xl biedt belangrijke voordelen voor de ontwerper. Zo is het mogelijk om de specificaties van een systeem te beschrijven zonder op voorhand het platform te ken-

nen waarop het systeem zal werken. Bovendien moet er bij het schrijven van de systeemspecificaties nog niet beslist worden welke delen van het systeem er in hardware of software zullen geïmplementeerd worden. Wanneer je tijdens het ontwerp vaststelt dat een bepaalde functie beter door hardware uitgevoerd wordt dan door software, of vice versa, moet de code niet veranderd worden. De specificatiecode

wordt verfijnd tot je uiteindelijk een implementatie verkrijgt in hardware gecombineerd met software. De Go4Net is de eerste demonstrator die gebouwd werd met OCAPI-xl. We staan pas aan het begin van de mogelijkheden van “herconfigureerbaarheid”. IMEC staat ondertussen niet stil. Vertrekkende van Go4Net ontwikkelt IMEC verder deze netwerkherconfiguratie technologie. Zo zou het in de nabije toekomst mogelijk moeten zijn om toestellen niet

enkel meer bij het opstarten te herconfigureren, maar ook tijdens “runtime”. We zullen u op de hoogte houden via volgende InterConnects over onze ontwikkelingen voor het intelligente huis van de toekomst, dat niet zo ver meer van ons afligt.

“Information appliances“ luiden een nieuwe massamarkt in

Verwachte evolutie van de information-appliances markt (Dataquest) per duizend eenheden. De cijfers voor de toestellen zoals set-top box en TV slaan enkel op Internet-toegankelijke toestellen.

intelligente toestellen

De tijd dat de PC het centrale toestel is waarvan alles gestuurd wordt en via dewelke men toegang heeft tot het Internet is voorbij. Meer en meer evolueren we naar de intelligente verwerking van informatie in virtueel alle elektronische apparaten. Information appliances beginnen de markt te veroveren. Dit zijn goedkope, digitale hardware en software platformen met een specifieke functionaliteit die toegang bieden tot informatienetwerken, gegevens kunnen stockeren en/of elektronische transacties kunnen verrichten. Het meest bekende voorbeeld is de WAP-GSM (een GSM waarmee men toegang heeft tot het Internet), maar vandaag zijn er een hele rits toestellen beschikbaar: notebooks, smart phones, palmtops, spelletjesconsoles, enz. De totaal gegenereerde marktomzet van dergelijke toestellen stijgt gemiddeld met 268% per jaar, van 500 miljoen USD in 1999 tot 91 miljard USD in 2003. Een gelijkaardige stijging werd vastgesteld in het aantal verkochte eenheden. Uitschieters zijn web-TV (323%) en mobiele telefonie (297%). Terwijl in 2000 de desktop PC nog 90% van de markt in verkochte eenheden uitmaakt, zakt dit tot 69% drie jaar later (bron Dataquest). Information appliances vertegenwoordigen een totaal nieuwe markt, en vereisen nieuwe business modellen. Belangrijkste factoren hierin zijn de mate van toegang tot het Internet, lage prijs en niet te verwaarlozen “het design”.

november 2000

InterConnect

XenICs

kijkt in het donker

enICs, IMEC’s jongste spin-off, brengt hoog kwalitatieve sensoren voor infraroodcamera’s op de markt. Het potentieel van infraroodcamera’s is enorm op voorwaarde dat de prijzen drastisch dalen. De technologie die IMEC in zijn spin-off bracht, zal prijsreducties toelaten van een factor 10 of meer, waardoor een ganse waaier aan toepassingen mogelijk wordt. XenICs is ontstaan uit IMEC’s onderzoek naar nieuwe technologieën voor allerhande detectiesystemen. Het onderzoek startte reeds in 1987 en kwam in 1998 in een stroomversnelling door de oprichting van een onderzoeksgroep voor detectorsystemen. XenICs infraroodcamera’s zijn gebaseerd op

Beeld genomen met nachtcamera

10 InterConnect

november 2000

een aantal geoctrooieerde technologieën en belangrijke knowhow die IMEC in de spinoff bracht. Afhankelijk van de toepassing worden er verschillende technologieën gebruikt binnen de infraroodwereld. Zo zullen cryogeen gekoelde (via Stirling koelers tot –196°C) detectiesystemen eerder gebruikt worden in specifieke militaire en ruimtevaarttoepassingen, met een prijskaartje van 40.000 EURO of meer. Anderzijds beogen infrarooddetectorsystemen die bij kamertemperatuur of thermo-elektrische koeling (tot –100°C) werken een grote afzetmarkt. Immers, de kostprijs (minimaal 10.000 EURO) ligt veel lager en de gevoeligheid is ruim voldoende voor de meeste industriële toepassingen. XenICs spitst zich vooral toe op ongekoelde technologieën die het mogelijk maken om robuuste, kleine, draagbare infraroodsystemen te ontwikkelen. De technologie laat volumeproductie toe waardoor de productiekost gereduceerd kan worden. Zo worden er grote substraten (de grondstof van de detector, in de vorm van een dunne schijf) gebruikt waardoor het aantal detectoren per substraat zeer groot is. Bovendien is de uniformiteit van de productietechnologie zeer goed over het

XenICs

ganse substraat, ligt het aantal werkende componenten per substraat heel hoog en zijn de gebruikte technologieën compatibel met standaard productieprocessen. Dit alles zal prijsreducties van een factor 10 of meer mogelijk maken. XenICs’ visie is dat in de toekomst infraroodcamera’s beschikbaar zullen zijn tegen 1.000 EURO of minder, zodat ze ingezet kunnen worden in een brede waaier aan toepassingen.

Partnering Your Infrared Solution

Zo vindt men infraroodspectroscopie en –visiesystemen in de meeste industriële sectoren voor on-line kwaliteitscontrole en procesbewaking of voor het preventief onderhoud van machineparken en elektrische installaties. Daarnaast kunnen deze visiesystemen gebruikt worden in de automobielindustrie voor verbeterd zicht in slechte weersomstandigheden of verbeterd nachtzicht. Andere toepassingen zijn terug te vinden in de telecommunicatiesector, de bewakingssector, medische industrie of gezondheidszorg, … De komende jaren zullen dan ook een exponentiële groei kennen in de vraag naar infraroodsystemen.

IMEC begeleidt APEX in de wereld van digitale audio M

et de komst van de CD begin jaren tachtig is de geluidskwaliteit van professionele audiosystemen enorm gestegen. Maar in elke omgeving treden er wel storende effecten op die de kwaliteit drastisch kunnen verminderen. Een digitale audio equalizer kan hiervoor een oplossing brengen. Maar werken in de digitale wereld vraagt een totaal andere aanpak dan bij de vroegere analoge systemen. Apex kwam dan ook bij IMEC aankloppen voor de ontwikkeling van een digitale audio equalizer.

Audio equalizing (NL: egalisatie) heeft als doel de verstorende effecten van de omgeving bij het luisteren naar spraak en/of muziek te compenseren. Elke zaal of concerthal introduceert specifieke vervorming van het signaal die de luisterkwaliteit nadelig beïnvloedt. Om dit te verhelpen wordt een audio equalizer tussen microfoon en versterker geplaatst om zo dit effect vooraf te compenseren. De Vlaamse KMO Apex ontwikkelt en fabriceert dergelijke equalizers en geluidsbegrenzers voor de professionele audiosector, zoals muziekopnamestudio’s, radiostudio’s, theaters, geluidsverhuurbedrijven, discotheken, enz. Gedurende de jaren ´70 en ´80 werd de professionele audiomarkt gedomineerd door analoge apparatuur, wat eigenlijk een ondermaatse geluidskwaliteit leverde. Maar de laatste jaren kent digitale audio ook een opmerkelijke opmars in de professionele audiowereld. Om haar marktpositie te blijven verzekeren, nam Apex het initiatief om haar productengamma uit te breiden naar de digitale audiomarkt. Digitale equalizers kunt u reeds in beperkte mate vinden in uw hifi-installatie thuis. Maar de professionele markt stelt veel strengere eisen op gebied van dynamisch bereik en signaalruisverhouding dan de commerciële markt. Een geavan-

Apex

ceerd product moest dus ontwikkeld worden. De KMO had echter geen ervaring in de digitale wereld. Bovendien is het voor een kleine KMO niet altijd financieel haalbaar om fundamenteel onderzoek te verrichten dat aan de basis ligt van nieuwe producten. Daarom deden ze beroep op IMEC die een jarenlange expertise opgebouwd heeft op gebied van digitale signaalverwerking (DSP). Samen ontwikkelden ze een digitale audio equalizer die verschillende functies combineert in één toestel. De gebruiker kan via een PC de equalizer volledig en eenvoudig bedienen. IMEC stond in voor de systeemstudie en identificatie van de benodigde componenten, vertaling van specificaties naar digitale audio-algoritmes, implementatie en optimalisatie van DSP-functionaliteit, realisatie van het concept en implementatie van een communicatiesysteem tussen de componenten. Apex definieerde de functionaliteit, leverde specifieke audioalgoritmes en zorgde voor de bouw van de hardware. Maar niet alleen de realisatie van het toestel was belangrijk. Via kennisoverdracht leerde Apex heel wat over DSP waardoor ze zich in de toekomst verder zullen kunnen ontwikkelen in de digitale wereld.

november 2000

InterConnect

ie had kunnen vermoe-

IMEC, innovatiepartner voor uw bedrijf

den dat een bedrijf actief in de visserijsector zou komen aankloppen bij IMEC om een nieuw controlesysteem te ontwikkelen voor het sorteren van vis ? Of dat IMEC een microcontroller hielp ontwikkelen voor ventilatie in verwarmingskachels ? Meer en meer bedrijven uit andere industrietakken dan micro-elektronica vinden dus de weg naar IMEC om samen te werken. Een opmerkelijke evolutie.

Tien jaar geleden telde IMEC dertien verschillende industriële partners uit Vlaanderen, voor een totaalbedrag van 100 miljoen BEF aan contractinkomsten. Vandaag is hun aantal vervijfvoudigd tot 70, samen goed voor meer dan een half miljard BEF contractinkomsten. De samenwerking varieert van gezamenlijk onderzoek en ontwikkeling tot adviesverlening en training. Onder de ondernemingen vinden we niet alleen micro-elektronicabedrijven zoals Alcatel Microelectronics en CS2, maar ook tal van bedrijven met activiteiten in onder meer de chemie, elektrotechniek, textiel en biotechnologie.

Drie op vier KMO’s Opmerkelijk is de verschuiving van het accent naar kleine en middelgrote ondernemingen. In de eerste 10 jaar namen KMO’s de helft van alle Vlaam-

se bedrijven voor hun rekening. De voorbije 5 jaar was hun aandeel reeds gestegen tot driekwart. Wie dacht dat KMO’s zelden of nooit zochten naar nieuwe innovatieve oplossingen komt dus bedrogen uit. Integendeel, het kan nog opmerkelijker. Twee op drie industriële partners tellen minder dan 100 werknemers, en 40% zelfs minder dan 20. Het gros van onze partners zijn dus kleine bedrijfjes.

Verbreding Dit is niet de enige evolutie. Meer en meer bedrijven afkomstig uit allerlei industrietakken sluiten een samenwerkingsakkoord met IMEC om gezamenlijk onderzoek en ontwikkeling te doen. Dit is interessant, want het toont aan dat bedrijven steeds meer beseffen dat nieuwe technologie niet uitsluitend voor de ICT-sector

100 Aantal partners in 1990, 1995, 1999 80

60 36

40 20

0 1990

12 InterConnect

november 2000

1995

1999

innovatiepartner

(informatie- en communicatietechnologie) is, maar ook voor andere bedrijfstakken. Het Gentse biotechnologiebedrijf Innogenetics ontwikkelde samen met IMEC nieuwe biosensoren om erfelijke ziekten en bacteriële infecties op te sporen via detectie van DNA-sequenties. Deze samenwerking is trouwens een uitstekend voorbeeld van de toenadering tussen micro-elektronica en biotechnologie, en zal in de komende jaren meer en meer opkomen (zie ook elders in dit nummer). Op dat vlak heeft Vlaanderen bovendien een bijkomende troef door de sterk aanwezige knowhow van zowel biotech als ICT. Bedrijven vragen meer en meer ondersteuning aan IMEC om hun technologisch innovatiepad mee uit te stippelen en te ontwikkelen, of om hun bedrijfsactiviteiten uit te breiden tot de halfgeleidermarkt. Een voorbeeld is Milieu en Chemiegroep De Neef. Deze Vlaamse KMO is o.m. gespecialiseerd in destillatie en recyclage van organische chemicaliën voor de farmaceutische industrie. Vanuit deze knowhow besloot De Neef om zich te begeven op de markt van halfgeleiders. Hierbij speelde IMEC de rol van adviserende partner met expertise in de micro-elektronicasector.

100%

75%

50%

Meer dan 200 werknemers Minder dan 200 werknemers

25%

% bedrijven in functie van het aantal werknemers

0% 1984-1993

1994-1999

Ondernemen is de boodschap Enkele weken geleden zag een nieuw bedrijf, XenICs, het levenslicht. Samen met enkele andere enthousiastelingen besloot IMEC-er Bob Grietens de stap te wagen in de markt van infrarooddetectie. En nog niet zo lang geleden startte een andere IMEC-er een firma gespecialiseerd in precieze positieen tijdsbepalingen. De voorbije vijf jaar werden niet minder dan 11 nieuwe bedrijfjes boven de doopvont gehouden, bijna driemaal zoveel als in de voorgaande vijf jaar. Vanwaar die toename? Vandaag commercialiseert men de O&O-portefeuille die in de loop der jaren werd opgebouwd. Een bijkomende reden kan gevonden worden in de tijd die er overheen gaat tussen het starten van nieuw onderzoek en commercialisatie. Vandaag zijn ze dus met 19, met slechts eentje dat in faling ging. Geen slecht resultaat! Enkele bedrijven groeien ondertussen uit tot heuse wereldleiders in hun segment. Een voorbeeld is CoWare, actief in hardware-

software ontwerp van complexe geïntegreerde systemen, met hoofdkwartier in Silicon Valley, Californië, en een onderzoekscentrum in Haasrode nabij Leuven.

Onze grijze cellen De beste manier om kennis over te dragen naar een bedrijf, is via mensen. De grootste uitdaging in het succesvol uitbouwen van een bedrijf is het kunnen aantrekken van juist geschoolde mensen. IMEC telt een 1000-tal mensen, waarvan er jaarlijks meer dan 100 naar de lokale industrie stromen. Zij zijn de ideale ambassadeurs voor het gebruik van nieuwe technologie of voor de ontwikkeling ervan. Bovendien beseft men dat gerichte industriële training meer dan ooit een must is om te overleven. Daarom bouwt IMEC haar Microelektronica TrainingsCentrum (MTC) verder uit, met een aanbod dat aan de noden van de micro-elektronicaindustrie tracht tegemoet te komen. Daarnaast groeit meer en meer het besef dat technologieën steeds sneller in onze leefom-

innovatiepartner

geving binnendringen. Met de cyclus Visionaire Workshops tracht IMEC samen met Leuven.Inc, het Leuvense netwerk van ondernemers, een breed publiek te sensibiliseren door een beeld te schetsen van de belangrijkste technologische ontwikkelingen voor de komende jaren. De eerste visionaire workshops (“Ingebedde micro-elektronische systemen verbinden de wereld” en “Je kantoor op zak dankzij miniaturisatie”) waren alvast een onverdeeld succes. Getuige daarvan de grote opkomst van geïnteresseerden uit KMO’s, het bankwezen, overheidsinstanties en onderwijs. En tenslotte, als u natuurlijk InterConnect regelmatig blijft lezen, bent u ook al een hele stap vooruit!

november 2000

InterConnect

Union Minière versterkt positie in halfgeleidermarkt Enkele jaren geleden besloot de Belgische non-ferrogroep Union Minière, wereldspeler in de productie en verwerking van metalen, mineralen en aanverwante producten, met haar Ge-substraten terug te keren in de wereld van de halfgeleiders. Hiertoe deed UM beroep op IMEC’s knowhow. Begin dit jaar werd er beslist om het partnership verder te versterken.

gen zoals LED’s (licht emitterende diodes). Via speciale technieken worden verschillende materialen gegroeid op het GaAs-substraat (het gastmateriaal). GaAs is echter duur en bijgevolg ook haar afgeleide producten. Ge is veel goedkoper, overtreft bovendien GaAs qua thermische geleidbaarheid en sterkte, en is daardoor een veelbelovend alternatief. Via een bufferlaag tussen het Gesubstraat en de materialen die erop gegroeid worden, kunnen Het samengestelde halfgeleievenwaardige producten geredermateriaal galliumarsenide aliseerd worden. Ge heeft de (GaAs) werd lang beschouwd rol van GaAs reeds overgenoals de basis bij uitstek voor men als substraatmateriaal van opto-elektronische toepassinzonnecellen voor gebruik in de ruimte. De afdeling elektro-optiIn de jaren 60 werd Ge algemeen sche materialen gebruikt als substraat in de van UM, gevesopkomende halfgeleiderindustrie. tigd in Olen, overwoog dan ook enkele jaren geleden om haar leidende marktpositie verder uit te bouwen door na te gaan of ook andere elektronische en opto-elektronische componenten, magnetoweerstandselementen, enz. op Ge kunnen vervaardigd worden. UM’s kennis van dunne lagen en componenten was echter beperkt en daarom werd er beroep gedaan op IMEC’s knowhow. Zowel IMEC als haar geassocieerd laboratorium INTEC (Universiteit Gent) hebben een ruime expertise opge-

14 InterConnect

november 2000

Union Minière

bouwd in epitaxiale depositie van lagen op GaAs. UM vond in IMEC en INTEC dan ook de geschikte partner om dit nieuwe marktsegment te exploreren. In een eerste fase verleende IMEC opleiding en advies rond de reiniging en optimalisatie van Ge-substraten voor de nieuwe toepassingen. Een tweede taak bestond uit de optimalisatie van het epitaxiaal groeiproces van verschillende III-V halfgeleiders. Via INTEC kwam de realisatie van LED’s, laserdiodes en zonnecellen op Ge tot stand. IMEC richtte zich op het ontwikkelen van zonnecellen en magnetoweerstandselementen. Zo kwamen Ge-substraten in een positief zonlicht te staan. Maar zoals iedereen wel weet, is een continue ontwikkeling van nieuwe en verbeterde producten essentieel om je marktpositie te handhaven. Daarom besloot UM de samenwerking met IMEC verder uit te bouwen. Begin dit jaar werd er een technologieraad opgericht die nieuwe technologische ontwikkelingen volgt en tracht in te passen voor nieuwe UM-producten, potentiële markten analyseert en UM-wetenschappers begeleidt bij hun onderzoek. Een klein team met brede ervaring werkt aan een veelbelovende toekomst voor UM in de wereld van elektronica en opto-elektronica.

Agenda Visionaire Workshops IMEC organiseert in samenwerking met Leuven.Inc, Leuven Innovation Networking Circle, een cyclus visionaire workshops. In deze cyclus belichten we telkens een nieuw aspect van de nieuwste, duizelingwekkende evoluties. Eminente gast-

sprekers schetsen op duidelijke wijze de trends en recente realisaties in informatie- en communicatietechnologie. De eerste twee workshops waren een succes. Telkens kwamen een 90-tal deelnemers van de bedrijfswereld, financiële instellingen, GOM, consultants, … met veel belangstelling luisteren. De eerste workshop ging door op 24 mei rond het thema "Ingebedde micro-elektronische systemen verbinden de wereld". Op 18/10 volgde dan de tweede workshop "Je kantoor op zak dankzij de miniaturisatie" waarin je kennis kon

opdoen over hoe elektronische, draadloze communicatieapparaatjes ons leven meer en meer zullen beïnvloeden. De volgende workshop is gepland voor begin 2001, met als boeiende titel "Biochips, je nieuwe engelbewaarders". Hierin zult u een beeld krijgen van welke producten er ontstaan uit het huwelijk van micro-elektronica en biotechnologie. Of u nu werkzaam bent in de high-tech sector of gewoon uit interesse wenst te komen. U hoeft echt geen expert te zijn om de workshop bij te wonen.

Voor meer informatie: www.imec.be/visionair/

Trainingsprogramma How to write code for high-performance low-power multimedia applications? De cursus behandelt ontwerpbenaderingen op systeemniveau voor het realiseren van applicaties die gedomineerd worden door data, met de nadruk op real-time multimedia en tele-

communicatie. Analysetechnieken voor datatransfer en -opslag zullen besproken worden, die toelaten systemen te realiseren met hogere performantie en een factor 20 te besparen in

vermogenverbruik. De technieken zijn toepasbaar op zowel hardware als software realisaties. Deze cursus wordt gevolgd door een training in adresoptimalisatie.

Digital Signal Processing (DSP) De DSP-cursus loopt over 10 dagen, telkens 1 dag per week, rond zowel basis als meer geavanceerde DSP-technieken.

De cursus is gericht naar industrieel en burgerlijk ingenieurs die commerciële DSP-producten gebruiken.

Voor meer informatie: www.imec.be/mtc/

Wanneer? 11-14 december 2000, 7-10 mei 2001, 17-20 september 2001, 10-13 december 2001. Waar?

IMEC, Leuven

Wanneer? 10, 17 en 24 november 2000, 1 en 8 december 2000, 19 en 26 januari 2001, 2, 9 en 16 februari 2001. Waar?

IMEC, Leuven

Seminaries IMEC organiseert wekelijks seminaries over nieuwe ontwikkelingen in procestechnologieën en ontwerpmethodolo-

gieën. Deze seminaries gaan door in IMEC, Kapeldreef 75, 3001 Leuven, duren ongeveer 1 uur en worden in het Engels

Agenda

gegeven. Ook niet-IMEC medewerkers zijn welkom.

Een volledige lijst en meer informatie kunt u terugvinden op onze Internet site www.imec.be/seminars/.

november 2000

InterConnect

InterConnect Colofon Verantwoordelijk uitgever: Prof. Gilbert Declerck Redactie: Katrien Marent Marketing Communications & Public Relations Marianne Van den Broeck Voor meer informatie: Katrien Marent, IMEC Kapeldreef 75 B-3001 Leuven tel.: 016 - 28.18.80 fax: 016 - 28.16.37 e-mail: katrien.marent@imec.be