Op Kennispark Twente in Enschede komt een nieuwe fabriek voor fotonische chips. Het bedrijf New Origin wil daar op industriële schaal chips produceren die niet met elektriciteit maar met licht werken. De plannen voor de fabriek zijn een stuk concreter geworden nu de financiering vrijwel rond is en een samenwerking is gesloten met het Belgische onderzoeksinstituut imec.
Volgens directeur Twan Korthorst is voor het project ongeveer 100 miljoen euro nodig. Met de toezegging van een private investeerder voor de laatste 40 miljoen euro lijkt dat bedrag nu binnen bereik. De investering moet de bouw mogelijk maken van een productiefaciliteit die zich volledig richt op fotonische geïntegreerde circuits.
Fotonische chips verwerken informatie met lichtdeeltjes in plaats van elektronen. Dat maakt ze interessant voor toepassingen waarbij snelheid en energiegebruik cruciaal zijn. In plaats van elektrische signalen lopen de gegevens via piepkleine optische golfgeleiders op de chip. Daardoor kunnen signalen sneller worden verwerkt en is er minder energie nodig voor datatransport.
Van onderzoek naar industriële productie
In Twente bestaat al jaren een sterke onderzoeksbasis voor fotonische technologie. Aan de Universiteit Twente werkt het nano instituut Mesa+ aan de ontwikkeling van dergelijke chips en bedrijven als LioniX zijn actief in het ecosysteem. Tot nu toe ging het vooral om onderzoek en kleinschalige productie.
New Origin wil juist de stap zetten naar industriële fabricage. Het bedrijf wil beginnen met een capaciteit van ongeveer 10.000 wafers per jaar. Op termijn moet dat doorgroeien naar 25.000 tot mogelijk 50.000 wafers per jaar. Daarmee blijft de fabriek kleiner dan de megafabs uit de traditionele halfgeleiderindustrie, waar soms tienduizenden wafers per maand worden geproduceerd. Voor gespecialiseerde fotonische chips kan zo’n schaal echter al een belangrijke stap zijn richting massaproductie.
Productie op grotere wafers
Een belangrijk verschil met de huidige onderzoeksproductie zit in het formaat van de siliciumschijven waarop de chips worden gemaakt. In de laboratoria van de Universiteit Twente wordt gewerkt met wafers van 100 millimeter. New Origin wil overstappen op wafers van 200 millimeter. Dat lijkt een kleine stap, maar het effect is groot. Op een wafer van 200 millimeter passen bijna vier keer zoveel chips als op een wafer van 100 millimeter. Voor commerciële productie maakt dat een groot verschil in kosten en schaal.
De fabriek moet volgens de huidige planning rond 2031 de eerste chips afleveren. In de aanloop daarnaartoe voert het bedrijf gesprekken met tientallen potentiële klanten uit verschillende sectoren.
Samenwerking met imec
Een sleutelrol in de plannen is weggelegd voor imec uit Leuven. Dit onderzoekscentrum behoort wereldwijd tot de belangrijkste spelers op het gebied van nieuwe chiptechnologie. In de samenwerking zal imec zijn platform voor silicium nitride fotonische chips overdragen aan New Origin. Die technologie is gebaseerd op een productieproces waarbij silicium nitride wordt afgezet via een LPCVD methode. Dat materiaal staat bekend om zijn zeer lage optische verliezen. Daardoor kunnen lichtsignalen over grotere afstanden door een chip reizen zonder dat het signaal sterk verzwakt.
Volgens imec werkt dit type fotonische chip bovendien over een breed golflengtegebied, van zichtbaar licht tot het kortgolvige infrarood. Dat maakt de technologie geschikt voor uiteenlopende toepassingen, van sensoren tot datacommunicatie en quantumtechnologie. Naast de overdracht van de technologie helpt imec ook bij het opschalen van de productie op 200 millimeter wafers. Daarbij worden moderne fotolithografietechnieken gebruikt die vergelijkbaar zijn met die in klassieke chipfabrieken.
Groeiende vraag naar fotonische chips
De belangstelling voor fotonische chips groeit snel. Dat heeft vooral te maken met de toenemende behoefte aan snelle en energiezuinige dataverbindingen. Grote datacenters gebruiken steeds vaker optische verbindingen om enorme hoeveelheden data te verwerken. Ook in andere domeinen groeit de vraag naar deze technologie. Denk aan biosensoren voor medische diagnostiek, lidar systemen voor autonome voertuigen, optische communicatie in defensie toepassingen en nieuwe soorten lasers.
Daarnaast speelt fotonica een rol in toekomstige quantumtechnologie en augmented reality systemen. Voor veel van deze toepassingen zijn materialen zoals silicium nitride interessant omdat ze extreem lage verliezen hebben en stabiel functioneren over verschillende golflengtes.
Europese chipketen versterken
De fabriek in Enschede moet ook bijdragen aan een sterkere Europese positie in de halfgeleiderketen. De afgelopen jaren is duidelijk geworden hoe afhankelijk Europa is van chipproductie in Azië en de Verenigde Staten. Door onderzoek en productie dichter bij elkaar te brengen hopen partijen zoals New Origin en imec de Europese fotonica industrie sneller te laten groeien. Het idee is dat bedrijven eerst hun ontwerp en prototypes ontwikkelen binnen onderzoeksfaciliteiten, waarna de productie kan plaatsvinden in gespecialiseerde fabrieken zoals die in Enschede.
Volgens Korthorst bouwt New Origin daarmee voort op tientallen jaren onderzoek in Nederland en Europa. Door die kennis te combineren met industriële productiecapaciteit moet de technologie sneller beschikbaar komen voor commerciële toepassingen.
Twentse fotonica op de kaart
De plannen passen in een bredere ontwikkeling waarbij Twente zich steeds nadrukkelijker profileert als centrum voor fotonica. Hoewel de meeste aandacht in de Nederlandse chipindustrie vaak uitgaat naar de regio Eindhoven, benadrukken betrokkenen dat ook in Twente al jaren intensief aan deze technologie wordt gewerkt.
Met een eigen fabriek voor fotonische chips zou die positie verder kunnen worden versterkt. De komende maanden moeten duidelijk maken wanneer de bouw daadwerkelijk kan beginnen. Eerst moeten vergunningen, ontwerpen en de laatste financiële details worden afgerond. Als alles volgens planning verloopt, krijgt Enschede er in de komende jaren een nieuwe schakel bij in de Europese halfgeleiderketen.
