FRAUNHOFER INSTITUTE FOR ELECTRONIC NANO SYSTEMS ENAS Annual Report 2011 CONTENTS Preface 2 Fraunhofer ENAS Fraunhofer ENAS 6 Fraunhofer-Gesellschaft 8 Fraunhofer Group Microelectronics 10 Fraunhofer Nanotechnology Alliance 12 Departments Multi Device Integration 16 Micro Materials Center 24 Printed Functionalities 32 Back-end of Line 38 System Packaging 46 Advanced System Engineering 52 Business Units Micro and Nano Systems 60 Micro and Nanoelectronics / Back-end of Line 64 Green and Wireless Systems 68 Cooperation Cooperation with Industry 74 Cooperation with Universities and Research Institutes 80 Smart Systems Campus Chemnitz 90 Events Events of the Fraunhofer ENAS 94 Fraunhofer ENAS at Events 98 Fraunhofer ENAS at Trade Fairs 102 Facts and Figures Fraunhofer ENAS in Facts 106 Memberships 109 Front page: Integration of carbon nano tubes (CNT) in copper damascene interconnects: current- Patents 110 sensing AFM image of vias filled with CNTs after chemical mechanical polishing – different colors Awards 112 belong to different currents within the single CNTs PhD / Appointments in 2011 113 Lectures 114 Photo: H. Fiedler in cooperation with M.Toader, Prof. M. Hietschold, Institute of Physics , Chemnitz Publications 116 University of Technology PREFACE VORWORT Dear friends and partners of the Fraunhofer Institute for Liebe Freunde und Partner des Fraunhofer-Instituts für Electronic Nano Systems, dear readers, Elektronische Nanosysteme, sehr geehrte Leserinnen und Leser, The year 2011 was a very successful one after the evaluation Venture. They also got the first prize at the ideas competition das Jahr 2011 verlief für das Institut nach der Evaluierung Die Paderborner Abteilung Advanced System Engineering des in 2010. The Fraunhofer ENAS belongs now to the well- Fraunhofer Netzwert in 2011. The idea has been implemented im Vorjahr sehr erfolgreich. Das Fraunhofer ENAS zählt seit Fraunhofer ENAS überzeugte mit der SUPA-Technologie zur established Fraunhofer Institutes and was able to increase the itogether with partners in a writing desk. This desk which dem 1. Januar 2011 nun endgültig zum Kreis der etablierten drahtlosen Energie- und Datenübertragung beim Ideenwett- third party funds as well as the number of projects. wirelessly energizes a computer monitor was shown at the Fraunhofer-Institute und konnte seinen Ertrag an Drittmitteln bewerb von Fraunhofer Venture und erhielt den 1. Platz beim CeBIT 2011. im Vergleich zum Vorjahr ebenso deutlich steigern wie die Zahl Ideenwettbewerb Fraunhofer Netzwert 2011. Die Idee wurde Metallization and interconnect systems for micro and nano der bearbeiteten Projekte. gemeinsam mit Partnern umgesetzt und auf der CeBIT 2011 electronics, the development of high-precision and respectively Also in 2011 the strategic alliance between the Fraunhofer als ein Schreibtisch präsentiert, der kabellos einen Monitor mit polymer based sensors, printed functionalities like antennas Institute for Electronic Nano Systems and the Center for Das Themenspektrum reicht von Arbeiten im Bereich der Strom versorgte. and batteries, material and reliability research for micro elec- Microtechnologies of the Chemnitz University of Technology Metallisierungs- und Interconnectsysteme für die Mikro- und tronics as well as micro system technology and especially smart ensured strong synergies in technology and device develop- Nanoelektronik, über die Entwicklung von hochpräzisen bzw. Auch 2011 sicherte insbesondere die strategische Allianz zwisch- systems for different applications belong to the wide range of ment. polymerbasierten Sensoren, gedruckte Funktionalitäten wie en dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme und topics of Fraunhofer ENAS. Antennen oder Batterien, die Material- und Zuverlässigkeits- dem Zentrum für Mikrotechnologien der Technischen Universität Fraunhofer ENAS works international. It cooperates very ac- forschung für die Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik bis Chemnitz Synergien in der Technologie und Systementwicklung. Smart systems can be found in many common products. Smart tively within in the European platform for smart systems inte- hin zu smarten Systemen für verschiedene Anwendungen. systems of the first generation consist of single sensors, actua- gration EPoSS and is member of numerous groups, networks Durch die Mitarbeit im Rahmen der Europäischen Plattform für tors and their signal processing unit. Such products already exist and alliances. Our representatives in Japan, China and Brazil Smart Systems, sogenannte intelligente Systeme, sind Bestandteil Smart Systems Integration EPoSS, der Mitgliedschaft in Verbün- as airbag systems or ESP in automotive applications since the support our international activities. vieler alltäglicher Produkte. Die erste Generation der smarten Sys- den und Verbänden aber auch Repräsentanten in Japan, China nineties of the last century. Smart systems of the second genera- teme besteht aus einzelnen Sensoren, Aktoren und zugehöriger und Brasilien ist das Fraunhofer ENAS international aktiv. tions just have a communication unit, work partly autonomously In our capacity as a institute of Fraunhofer-Gesellschaft zur Elektronik zur Signalverarbeitung. Derartige Produkte sind bereits and have an increased functionality. The third generation of Förderung der angewandten Forschung e.V., research and seit den 90er Jahren im Automobil als Airbagsysteme oder ESP zu Als Institut der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der an- smart systems is currently under development. Such systems development for industrial applications are our prime and finden. Die zweite Generation der Smart Systems verfügt bereits gewandten Forschung e.V. ist für uns Forschung und Entwick- are the basis for the internet of things, the smart home, smart natural concern. R&D work is carried out on behalf of large über Kommunikationsmöglichkeiten, arbeitet teilweise autonom lung für industrielle Anwendungen ein selbstverständliches city and smart production. This generation will be able to take national and international companies as well as small and und ist gekennzeichnet durch eine erhöhte Funktionalität. Die Anliegen. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten werden over complex human perceptive and cognitive functions, to medium-sized enterprises, network operators and the public dritte Generation ist gegenwärtig weltweit in der Entwicklung. im Auftrag nationaler und internationaler Großunternehmen establish self-organizing networks and to work completely en- sector, such as Free State of Saxony, the Federal Government Sie stellt die Basis für das Internet der Dinge, das Smart Home, die und KMUs, der öffentlichen Hand, des Freistaates Sachsen, ergy autonomously. They will frequently act unnoticeably in the and the EU. The institute’s success is rooted in the minds of its Smart City sowie die Smart Production dar. Diese Generation von des Bundes und der EU durchgeführt. Der Erfolg eines jeden background and intervene visibly only when human capabilities employees and their knowledge of details and relationships, Systemen wird in der Lage sein, komplexe humane perzeptive Unternehmens steckt in den Köpfen der Beschäftigten, to act and to react are reduced or cease to exist. Moreover smart products, technologies and processes. The institute’s perform- und kognitive Funktionen zu übernehmen, selbstorganisierende ihrem Wissen über Details und Zusammenhänge, Produkte, systems of the third generation are the basis for a connection of ing power is based on our staff’s creativity and optimizm as Netzwerke aufzubauen und komplett energieautonom zu Technologien und Verfahren. Die Leistungskraft des Instituts the real world with the virtual cyber physical world. well as the support of many our business partners and spon- arbeiten. Sie wird häufig unbemerkt im Hintergrund agieren und beruht auf Kreativität, Leistungsbereitschaft und Optimismus sors. I would like to express our thanks to all of them. sichtbar nur einschreiten, wenn die menschlichen Möglichkeiten, der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie der Unterstützung The Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems works zu agieren und zu reagieren, reduziert sind oder aufhören zu durch zahlreiche Geschäftspartner und Förderer. Ihnen allen on such visionary products together with national and inter- Today, we look with happiness and pride on what we have existieren. Sie sind die Grundlage der Verbindung der realen gilt mein besonderer Dank. national research and development partners and especially achieved. However, it also serves as an incentive to keep up physischen Welt mit der virtuellen Welt. industrial partners. So an autonomous sensor network for the competent and reliable service for our project partners and Wir blicken mit Stolz und Freude auf das Erreichte. Es ist uns aber power line monitoring was successfully tested in the field in customers. Gemeinsam mit nationalen und internationalen Forschungs- und auch Ansporn, unseren Projektpartnern und Auftraggebern auch 2011. The system has been developed together with partners Entwicklungspartnern und vor allem der Industrie arbeitet das in Zukunft kompetent und zuverlässig zur Seite zu stehen. from the Chemnitz University of Technology, the Fraunhofer Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme an derartigen IZM, from industry and energy provider. visionären Produkten. So konnte 2011 zum Beispiel erfolgreich ein autonomes Sensornetzwerk zur Überwachung der Auslas- The department Advanced System Engineering in Paderborn tung von Hochspannungsleitungen, welches gemeinsam