- SiliziumphotonikSiliziumphotonikDank immenser Übertragungskapazität und niedrigem Energiebedarf dringt Optische Kommunikation in immer tiefere Schichten der Daten-/Kommunikationsnetzwerke vor. Server werden über Glasfasern verbunden und sogar in den Rechnern selber werden, in Form von integrierten photonischen Schaltkreisen (PICs), immer mehr Funktionalitäten auf das Medium Licht verlegt. Deren Verbindung untereinander und mit der Außenwelt, mittels signalführenden Glasfasern, muss mit höchster Präzision erfolgen, denn „miss-alignment“ bedeutet Leistungsverlust, bis hin zum kompletten Ausfall.
- Technology of Active AlignmentTechnology of Active AlignmentDie Entwicklung und Herstellung photonisch integrierter Schaltkreise (PIC) bzw. von Silizium-Photonik (SiP) Bauteilen, erinnert in vielerlei Hinsicht an die frühen Jahre der Halbleiterindustrie. Es fehlt vor allem an Systemintegratoren, die Anlagen für die Serienherstellung von PICs entwickeln. Während die Front-End-Fertigung integrierter Photonik von der vorhandenen Mikroelektronik-Infrastruktur profitieren kann, ist für die Back-End Prozesse eine eigene Industrie gerade erst am Entstehen.
- The Missing LinkThe Missing LinkDer multidisziplinäre Systemintegrator TEGEMA B.V. (NL) hat eine modulare Maschinenplattform für die automatisierte Montage optischer Bauelemente, insbesondere von photonisch integrierten Schaltkreisen (PICs), entwickelt. Das mit Sub-Mikrometergenauigkeit arbeitende System kann aufgrund seiner intelligenten Architektur von Aufgaben in Forschung und Entwicklung von PICs bis zu deren Serienproduktion mitwachsen.
- SiPh Wafer ProbingSiPh Wafer ProbingDie Integration photonischer Strukturen oder Elemente auf einem Siliziumchip stellt eine Vielzahl neuer Herausforderungen an die Prüftechnik für diese Elemente bereits auf Waferebene. Um ein Strukturdesign vom Konzept über die Qualifizierung bis zur Serienreife zu übertragen, ist eine große Menge an Leistungsdaten der jeweiligen Elemente erforderlich.
- Technology of Active Alignment
- MikroskopieMikroskopieWie keine andere Technologie, erweitert die Mikroskopie beständig unser Wissen darüber, was die Welt im Innersten zusammenhält, wie die Bausteine des Lebens aussehen. Ob Life Sciences oder Materialwissenschaften, Geologie, Archäologie, Mineralogie… immer wieder sind es Mikroskope, in den Händen von genialen Wissenschaftlern, die neueste Erkenntnisse zutage fördern und Innovationen ermöglichen.
- Probentische konfigurierenProbentische konfigurierenFür gute Ergebnisse bei der Arbeit mit Lichtmikroskopen, spielt die präzise und schnelle Proben- und Objektivbewegung eine entscheidende Rolle. Die Anforderungen an Stages und Scanner sind dabei vielfältig. Neben der Positionsauflösung, die unmittelbar mit der optischen Auflösung des Mikroskops korreliert, sind Geschwindigkeit und Dynamik weitere elementare Anforderung an die Bewegungssysteme. Für Probenstages ist zudem die Frage nach der Verfügbarkeit von Haltern für Einsätze wie Petrischalen, Wellplates, und Slides wichtig.
- Open Source Microscopy ProjectsOpen Source Microscopy ProjectsDie Mikroskopie gehört zu den Technologien, die sich immer wieder neu erfinden. Während erste Mikroskope aus dem frühen 17. Jahrhundert noch höchst einfach aufgebaut waren, haben zahllose Entwicklungen die Leistungsfähigkeit von Mikroskopen stetig erhöht.
- ElektronenmikroskopieElektronenmikroskopieAnwendungen für die Elektronenmikroskopie decken ein breites Spektrum von der Halbleiterinspektion über die Materialforschung bis zur molekularbiologischen Forschung ab. Sowohl im konventionellen TEM als auch im neueren, im Jahr 2017 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichneten Cryo-TEM, müssen die Proben hochpräzise in einer xyz-Koordinate nanopositioniert und dann um eine Achse gekippt werden, um eine bestimmte Anzahl von Transmissionsbildern für die Bildrekonstruktion zu erzeugen.
- RasterkraftmikroskopieRasterkraftmikroskopieRasterkraftmikroskope liefern Forschern und Entwicklern höchstaufgelöste topografische Daten unterschiedlichster Proben wie Mineralien, Polymere, Gemische, Verbundwerkstoffe oder biologisches Gewebe. Mit Hilfe dieser in den 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts entwickelten Technologie können die Anwender subatomar aufgelöste Abbildungen der Oberfläche von Proben erzielen.
- Probentische konfigurieren
- BiotechnologieBiotechnologieDie Biotechnologie ist sie eine der ältesten angewandten Wissenschaften der Menschheit: So ist beispielsweise der Einsatz von Hefe zum Brotbacken oder zum Vergären von Obst zu Alkohol seit Jahrtausenden gelebte und entwickelte Biotechnologie. Heute umfasst diese Disziplin zahllose Anwendungen in Medizin (rot), Landwirtschaft (grün) und Industrie (weiß).
- GenomsequenzierungGenomsequenzierungBlaue, braune oder grüne Augen? Welche Haarfarbe? Welche Krankheiten bedrohen uns? Wes Kind bin ich? Das und vieles mehr ist in unseren Genen gespeichert oder zumindest angelegt. Auch bei der in Krimis und dem wahren Leben immer wieder gestellten Frage: „Wer war es?“, wird die Genanalyse zu Rate gezogen. Der „genetische Fingerabdruck“ ist zu einem häufigen und untrüglichen Beweismittel geworden. Nicht zuletzt hält die Genomanalyse bei vielen gesundheitlichen Fragen den Schlüssel in der Hand für bahnbrechende Entwicklungen.
- Genomsequenzierung
- MedizingeräteMedizingeräteFortschritte in der medizinischen Forschung, Diagnostik und Therapie erfordern leistungsfähige, präzise Bewegungs- und Positioniersysteme. Hohe Positioniergenauigkeit, kompakte Abmessungen, geringer Energieverbrauch, Schnelligkeit und absolute Zuverlässigkeit zählen zu den Forderungen an die genutzten Antriebe. Die Anwendungen sind dabei so vielseitig wie die Technologien und Lösungen, mit denen PI Kunden auf allen Stufen der Wertschöpfung unterstützt: Von Operationsrobotern über Miniaturantriebe für Endoskopkameras bis zur Blendenverstellung in der Strahlentherapie oder der präzisen, gezielten Lagerung von Patienten auf OP-Tischen, die in sechs Freiheitsgraden verstellbar sind.
- EndoskopieEndoskopieDie moderne Medizintechnik strebt danach, Patienten durch Therapien möglichst wenig zu belasten. Endoskope, die minimal invasive Eingriffe ermöglichen, leisten dazu einen wichtigen Beitrag, beispielsweise bei der Laparoskopie. Gerade bei medizinischen Eingriffen steht die Forderung nach scharfen und detailreichen Bildinformationen an oberster Stelle, um bestmögliche Erfolgsaussichten zu erlangen.
- Operationsroboter: Patientenliege für die RadiotherapiePatientenliege für die RadiotherapieIn der Strahlentherapie ist es äußerst wichtig, gesundes Gewebe so gut wie möglich zu schützen. Deshalb ist die genaue Positionierung des Patienten während der Bestrahlung zwingend erforderlich. Hierfür sind Patientenliegen auf Basis von Hexapoden bestens geeignet.
- Endoskopie
- AstronomieAstronomieSchon in frühester Geschichte hat das Weltall eine unglaubliche Faszination auf die Menschheit ausgeübt; Höhlenmalereien oder Funde wie die Himmelsscheibe von Nebra legen beredtes Zeugnis davon ab. Aus der Frage „Was funkelt da in allen Farben am nächtlichen Himmel?“, wurde die Frage nach der Entstehung von Galaxien, Sternen und Planetensystemen. Hochempfindliche Systeme wie der Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array Teleskopverbund – kurz ALMA – liefern die Daten, mit denen Wissenschaftler diesen Rätseln auf der Spur sind – und werfen neue Fragen auf.
- ALMA-ArrayALMA-ArrayAm 10. April 2019 sorgte ein spektakuläres, wenngleich eigentlich unmögliches Bild für weltweites Aufsehen: die erste „Fotografie“ eines schwarzen Lochs. 55 Millionen Lichtjahre entfernt, im Zentrum der Galaxie M87 gelegen. Aufgrund der hohen Anziehungskraft kann selbst Licht derartigen Weltraumobjekten nicht entkommen. Doch mit dem Event Horizon Telescope – einem Zusammenschluss von acht Radioteleskopen – überlisteten die beteiligten Forscher gewissermaßen die Physik und erstellten erstmals eine Aufnahme des Schattens eines Schwarzen Lochs. Dieser Schatten entsteht durch die Strahlung des verzerrten Lichts, wenn es unwiderruflich vom Schwarzen Loch aufgesaugt wird.
- ALMA-Array
- HalbleitertechnikHalbleitertechnikSeit Jahrzehnten prägt und verändert unser Leben kein anderes Produkt so sehr wie die omnipräsenten Mikrochips. Ob Computer in all ihren Varianten, Mobiltelefone und Smartphones, Spielekonsolen, Autos und Flugzeuge, ja, mittlerweile sogar der heimische Kühlschrank, der Backofen oder Bügeleisen und Toaster – nichts funktioniert mehr ohne diese Tausendsassas aus dotiertem Silizium. PI hat großen Anteil an dieser Erfolgsgeschichte.
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Miniaturisierung als Katalysator für Erfolg.
Treiber der anhaltenden Erfolgsgeschichte der Halbleiterbauelemente ist die kontinuierliche Miniaturisierung ihrer Strukturen. So lagen die Strukturbreiten des häufig als „erster Mikroprozessor überhaupt“ bezeichneten Intel 4004 Chips aus dem Jahr 1971 bei 10 µm – also einem hundertstel Millimeter. Wahre Monster im Vergleich zu heute, wo die Chiphersteller von 10 Nanometer Strukturbreite und weniger reden. Faktor 1000. Dieser Schrumpfungsprozess, den der Amerikaner Gordon Moore, Mitbegründer von Intel, bereits 1965 vorhergesagt hatte, bringt gleich drei entscheidende Vorteile mit sich. Allen voran die damit einhergehende Leistungsexplosion in Form von höherer Rechengeschwindigkeit. Wobei die Taktrate von damals 108 kHz auf mittlerweile mehrere GHz, also um weit mehr als den Faktor 1.000, gesteigert werden konnte. Neben der höheren Rechenleistung nimmt der Platzbedarf ab – und das sogar im Quadrat zur Verkleinerung der Strukturbreite. Das bedeutet niedrigere Herstellkosten pro Strukturelement und eine erheblich höhere Packungsdichte. Darüber hinaus wird für den Betrieb weniger Energie benötigt, was bedeutet, dass Batterien länger halten. Dies ermöglicht das aktuelle Zeitalter des Mobile Computing und vieles mehr und verringert die Umweltbelastung durch Cloud Computing und Big Data mit seinen immensen Serverfarmen. Und so klingen die Resultate der Miniaturisierung wie ein leicht veränderter, olympischer Dreiklang: Schneller, sparsamer, günstiger. Überträgt man diese Entwicklung beispielsweise auf die Luftfahrt, würden Passagierflugzeuge innerhalb weniger Minuten von Kontinent zu Kontinent fliegen, dabei kaum Kerosin verbrauchen und tausende von Passagieren transportieren. Zu Kosten, die aus der Kaffeekasse zu bezahlen wären.
Hochempfindliche Herstellprozesse
Die Herstellprozesse in der Halbleitertechnik sind höchst anspruchsvoll und empfindlich. Das fängt schon beim Ziehen des einkristallinen Ingots für die Wafer an und geht bis zur Kontaktierung und finalen Verpackung des fertigen Chips. Entscheidende Bedeutung für die Miniaturisierung hat die Lithografie. Denn in dem sich mehrdutzendfach wiederholenden Belichtungsprozess werden auf dem Siliziumwafer die Strukturen für Leiterbahnen, Transistoren und weitere Funktionselemente vorgezeichnet. Höchste Sauberkeit, randscharfe Abbildung unvorstellbar kleiner Strukturen, hochdynamische, aufeinander abgestimmte Bewegung von Masken und Wafern in den Lithografiemaschinen – die Grenzen des technisch machbaren werden hier von Chipgeneration zu Chipgeneration immer weiter verschoben. Auch mit Hilfe von PI.
Bei vielen Prozessschritten beteiligt
Neben der Lithografie, für die PI Hochpräzisions-Positionierkomponenten liefert, sind PI Komponenten und (Sub-)Systeme auch bei vielen weiteren Prozessschritten in der Herstellung von Halbleiterbauelementen im Einsatz – beispielsweise in Systemen für die Qualitätssicherung.
Der Kunde im Fokus: Weit mehr als Technologie, Komponenten und Systeme
In all diesen Systemen und Anwendungen, spielt die Fähigkeit, Objekte mit Nanometerpräzision und hoher Dynamik zu bewegen und zu positionieren, oder auch eine Position auf Dauer, ohne Stromzufuhr, präzise zu halten, eine entscheidende Rolle.
Dafür bietet PI jahrzehntelanges Know-how und eine große Bandbreite an Technologien – angefangen bei Piezokomponenten, die in der Tochtergesellschaft PI Ceramic entwickelt und hergestellt werden, über Sensorik, piezo- und elektromagnetische Antriebe bis zu Controllern, Software und Firmware – sowie darauf basierende Komponenten und Systeme.
Zusammen mit unserer Tochtergesellschaft ACS, einem Markt- und Technologieführer in der Controllertechnologie, ermöglichen wir auch die Ansteuerung von hochkomplexen Mehrachssystemen, für die nächste Generation anspruchsvoller Anwendungen in der Halbleiterfertigung bis hin zu EUV-L.
Aber das allein genügt nicht. Es ist unsere lange Erfahrung als Lieferant für führende Systemintegratoren der Halbleiterfertigung, die uns in die Lage versetzt, die hohen Anforderungen dieser Industrie zu verstehen und zu erfüllen. Mit kundenspezifisch vereinbarten Service Level Agreements (SLA) und einem globalen Serviceteam können wir auf kurzfristig eintretende Störungen zeitnah reagieren. Dafür haben wir in Nähe der weltweit wichtigsten Halbleiterproduktionsstandardorte Service-Hubs mit hochqualifiziertem Personal aufgebaut, dort halten wir für alle kritischen Bauteile und Baugruppen Ersatzteile vor. Basierend auf umfangreichen Langzeittests unserer Komponenten unter verschiedensten klimatischen Bedingungen, und einer Copy-Exactly-Strategie, bieten wir unseren Kunden von vornherein hohe Sicherheit gegen Ausfall, also hohe Uptime. Außerdem hat PI Reinräume geschaffen, die sogar die außergewöhnlichen Sauberkeitsanforderungen erfüllen, die bei der Herstellung von Komponenten für die EUV-Lithographie erforderlich sind.
Das nächste „Big Thing“ im Fokus
Die Erfolgsfaktoren der Halbleiterindustrie, insbesondere die weitere Miniaturisierung von Strukturen, werden Innovationen für lange Zeit sichern. Und PI hat spannende Antworten für die steigenden Anforderungen an Präzision in Bewegung und Positionierung. Aber die Halbleiterindustrie verändert sich heute schneller als je zuvor seit Erfindung des integrierten Schaltkreises. Während Moores Gesetz unermüdlich immer kleinere Strukturgrößen und höhere Leistung und Effizienz ermöglicht – ganz nach dem Motto „Erreiche Mehr mit Weniger“ – geht es schon lange nicht mehr nur um kleinere Transistoren auf größeren Wafern. Mittlerweile werden neben der Mikroelektronik mikrooptische Komponenten hergestellt, und es entstehen völlig neue Computer- und Kommunikationsparadigmen, die die Geheimnisse der Quantenwelt nutzen. Wenn sich die Anwendungen ändern, ändern sich auch die Chips, und die Revolution schreitet voran. PI ist genau dort und arbeitet mit den Führungskräften des Wandels zusammen.
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