Achtergrond

Cleanrooms, quantum en slimme sensoren op de TU Delft

Op de TU Delft wordt hard gewerkt aan nieuwe ontwikkelingen op het gebied van chips, voor onder andere de medische industrie. De nieuwste cleanrooms moeten zorgen voor nog schonere en betrouwbaarder onderzoek en productie. Door steeds nieuwe en betere ontwikkelingen, komt nieuw en beter onderzoek binnen handbereik.

Pieter Telleman, directeur Cleanrooms bij de TU Delft, benadrukt het belang van cleanrooms als stofvrije, zeer gecontroleerde ruimtes: “De cleanroom is een hele schone ruimte. Daarnaast is het ook enorm goed gecontroleerd qua temperatuur, luchtvochtigheid, qua trillingen en qua elektromagnetische straling van buiten die naar binnen gaat.” Diverse bedrijven gebruiken deze cleanrooms : “Het is voor een bedrijf nagenoeg niet te doen om een eigen laboratorium neer te zetten vanwege de hoge kosten, maar sommige grotere bedrijven zoals ASML hebben wel de middelen om hun eigen faciliteiten te bouwen. Voor hen is dat ook interessanter, want hier vindt vooral onderzoek plaats. Je wilt onderzoek vaak niet combineren met productie. Bij productie heb je gewoon een apparaat staan, die stampt en doet dan elke dag hetzelfde. Daar ga je niet zitten draaien aan de knoppen, terwijl hier juist elke gebruiker weer lekker aan het schroeven gaat om de beste resultaten eruit te krijgen. Als ASML of andere bedrijven nog aan het experimenteren zijn, is dit een prima omgeving. En je hebt natuurlijk de interactie met de vakgroepen hier omheen die ook gebruik maken van deze faciliteit. Dus het geeft iets meer flexibiliteit in wat je kan en wat er mogelijk is. Het is een soort van de broedkamer waar eigenlijk alles begint.”

Quantum en nanometers

Het onderzoek in de cleanrooms op de TU Delft heeft verschillende toepassingen, met een focus op onderzoek en ontwikkeling op nichegebieden zoals quantumtechnologie, waarbij hij de complexiteit van het controleren van elementaire deeltjes op een chip benadrukt: “Dit gaat om nanotechnologie. Een nanometer is een duizendste van een duizendste van een millimeter.” Telleman benadrukt de essentie van cleanrooms voor het produceren van structuren met nanometerprecisie, terwijl hij opmerkt: “Want het is begonnen met micro-elektronica. Gewoonweg zestig, zeventig jaar geleden. Met de eerste transistor.” De financiering is vaak afkomstig van de overheid, met recente steun van groeifondsen zoals Quantum Delta, gericht op quantumtechnologie: “Recentelijk met name de groeifondsen. We hebben nu Quantum Delta. Dus het groeifonds voor quantumtechnologie.”

Sensoren voor bijvoorbeeld boeren

In de wereld van sensortechnologie richt Sten Vollebregt, onderzoeker aan de TU Delft, zich op het ontwikkelen van geavanceerde sensoren. Hij streeft naar de creatie van slimmere sensoren die meer kunnen dan alleen gegevens uitlezen. Zijn doel is om sensoren te ontwikkelen die zelf intelligenter worden, gevoeliger en effectiever functioneren. Met de groeiende vraag naar sensoren in diverse sectoren, is er een toenemende behoefte aan autonome, compacte en robuuste sensoren. Vollebregt concentreert zich daarom op het onderzoek naar nieuwe materialen die deze eigenschappen kunnen bieden en die in staat zijn om menselijke zintuigen na te bootsen. Hij maakt hierbij gebruik van nanomaterialen zoals grafeen, evenals materialen die bestand zijn tegen extreme temperaturen. Een voorbeeld daarvan is de ‘elektronische neus’, waarbij grafeen wordt ingezet om sensoren te ontwikkelen die aanzienlijk minder energie verbruiken dan traditionele sensoren, terwijl ze toch een breed scala aan stoffen kunnen detecteren. Dit soort onderzoek wordt ook toegepast in projecten die gericht zijn op het ondersteunen van boeren bij het detecteren van problemen zoals mijteninfecties bij kippen. Naast het gebruik van grafeen en andere nanomaterialen, onderzoekt Vollebregt ook nieuwe mogelijkheden op het gebied van zonne-energiesensoren en fysiologische parameters. Deze sensoren, zoals de ‘Heart of Life’, zijn significant kleiner en minder gevoelig voor straling, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen in de ruimtevaart en luchtvaart.

© TU Delft. Hier wordt gewerkt aan extreem kleine chips in het Elise Kooi lab (een van de grootste cleanrooms in Nederland).

Chips als het menselijk lichaam

Bi/Ond is bezig met het creëren van inclusieve, gezondheidsveilige medicijnen die voor iedereen toegankelijk zijn. ‘Terwijl we aan iets heel anders werkten, maakten we per ongeluk een artificieel bloedvat. Daarmee zijn we verdergegaan. Momenteel maken biologen nog gebruik van twee tools bij het ontwikkelen van nieuwe medicijnen, maar er is behoefte aan een derde tool om echt effectief te zijn. Resultaten die farmaceutische bedrijven behalen, worden vaak beïnvloed doordat beslissingen worden genomen op basis van data die niet menselijk zijn. Daarom streven we ernaar om dichter bij de menselijke ervaring te komen, met name tijdens klinische tests. Dat kan door de ontwikkeling van een computerchip die biologen in staat stelt om menselijk weefsel en cellen te simuleren. Deze chip bootst het menselijk lichaam na, waardoor onderzoekers kunnen experimenteren in een omgeving die vergelijkbaar is met het menselijk lichaam. Met een kunstmatig bloedvat kan de chip zelfs de hartslag van een mens nabootsen, waardoor de cellen acteren alsof ze in een menselijk lichaam functioneren. Deze chip is ontwikkeld in het Else Kooi Laboratorium van de TU Delft, waar een multidisciplinair team van ingenieurs en biologen van verschillende nationaliteiten samenwerkt. Zodoende creëerden we een werkend prototype, waarmee indrukwekkende resultaten zijn behaald. De focus ligt op het produceren van gepersonaliseerde medicijnen die zijn afgestemd op de individuele behoeften van patiënten. Door samen te werken met andere bedrijven en gebruik te maken van geavanceerde technologieën, streven we ernaar om een verschil te maken in de farmaceutische industrie en het leven van mensen te verbeteren.’

© Bi/Ond.

Energie-efficiëntie

TU Delft werkt ook aan een oplossing op het gebied van energie efficiëntie voor zendmasten. ‘Door de huidige analoge systemen, zoals de transistor, in kleine stukjes op te splitsen en digitaal aan te sturen, kunnen we de energie-efficiëntie verbeteren zonder afbreuk te doen aan de netwerkprestaties. Deze aanpak heeft al concrete resultaten opgeleverd, mede dankzij onze samenwerking met industriepartners uit Nederland en Europa. Ons team blijft zich inzetten om innovatieve oplossingen te ontwikkelen die de energieconsumptie van mobiele netwerken drastisch verminderen. Met publicaties wereldwijd en een sterke positie binnen de industrie, zijn we goed gepositioneerd om deze veranderingen in de toekomst te realiseren.’

Microprocessor

Innatera werkt aan het ontwikkelen van de meest energie-efficiënte, op hersenactiviteit geïnspireerde microprocessor die rekenkracht dichter op de sensor brengt. Sumeet Kumar, CEO van Innatera: ‘Met de groei van het aantal apparaten dat online komt, elk uitgerust met meerdere sensoren, wordt het duidelijk dat de huidige benadering van gegevensverwerking inefficiënt en kostbaar is. De oplossing ligt in het verplaatsen van de verwerking naar de sensor zelf, maar dit brengt nieuwe uitdagingen met zich mee, met name wat betreft energieverbruik. Onze brain-geïnspireerde microprocessor biedt een revolutionaire oplossing voor dit probleem. Door biologische processen na te bootsen, kunnen we de intelligentie van de sensor drastisch verbeteren en tegelijkertijd het energieverbruik verminderen. Deze benadering stelt ons in staat om sensordata in realtime te verwerken en te analyseren, waardoor de prestaties van apparaten worden verbeterd en de levensduur van de batterij wordt verlengd. Onze technologie heeft bewezen dat deze 500 keer minder energie verbruikt en 100 keer sneller is dan bestaande chips op de markt. Dit is geen loze bewering, maar een resultaat dat is bevestigd door zes generaties siliconenchips. We hebben een indrukwekkende serie demonstraties uitgevoerd in samenwerking met industriële partners, wat heeft geleid tot de ontwikkeling van een reeks microprocessors die geschikt zijn voor massaproductie. Ons doel is om deze technologie beschikbaar te maken voor een breed scala aan toepassingen, met name in de consumentenelektronica.’

© Innatera. Innatera’s op hersenactiviteit geïnspireerde microprocessor.

Nanoacoustisch Lab

Traditionele optische technieken zijn niet langer voldoende voor het inspecteren van steeds kleiner wordende chips. Gerard Verbiest van het Nano-akoestisch Lab legt uit dat door het gebruik van ultrageluidstechnologie, in combinatie met korte lichtpulsen, het mogelijk is om nieuwe materialen en 3D-chipstructuren te onderzoeken. Hij beschrijft hoe deze technologieën werken: “We gebruiken hele korte lichtpulsen, ongeveer 150 seconden lang, die worden geabsorbeerd door een klein metaalfilmpje en geluidsgolven genereren. Deze geluidsgolven gaan door het sample en reflecteren, waarna ze worden gedetecteerd met een tweede lichtpuls.” Verbiest legt ook uit hoe een atomaire krachtenmicroscoop wordt gebruikt om de oppervlakken van chips te meten met nanometerresolutie. Een uitdaging bij de integratie van deze technologieën is het verschillende karakter ervan. Verbiest legt uit: “Dit zijn 2 technieken die qua integratie niet compatibel zijn met elkaar.” Om dit probleem aan te pakken, heeft het team een derde techniek, confocale microscopie, geïmplementeerd. De mogelijkheden van deze technologieën zijn veelbelovend, vooral voor de chipindustrie. Verbiest legt uit dat het verminderen van fouten in het productieproces van chips van cruciaal belang is voor grote bedrijven zoals ASML, die streven naar een hogere yield. Hij stelt dat de technologie uiteindelijk kan leiden tot een verhoogde efficiëntie en het vermogen om nog kleinere chips te produceren. ‘Commerciële toepassingen van deze technologieën zijn nog minimaal vier tot vijf jaar verwijderd, maar de snelheid waarmee resultaten worden behaald zal van invloed zijn op de uiteindelijke implementatie. De signaal-ruisverhouding blijft een belangrijke factor voor succes. Er is grote behoefte aan een krachtig signaal om de technologieën op industriële schaal toe te passen. Dit onderzoek naar nieuwe inspectietechnologieën voor chips is een cruciale stap voorwaarts in de evolutie van de chipindustrie, met het potentieel om de efficiëntie te verhogen en de productiekosten te verlagen.’

© TU Delft. Gerard Verbiest in het Nano-akoestisch Lab.


Je las zojuist een gratis premium artikel op TW.nl. Wil je meer van dit? Abonneer dan op TW en krijg toegang tot alle premium artikelen.


 

Onderwerp: Innovatie

Meer relevante berichten

Nieuwsbrief

Relevante berichten
×