Photonic Integration Technology Center: een brug van onderzoek naar industrie

Sylwester Latkowski, TU/e-onderzoeker en de gloednieuwe wetenschappelijk directeur van het centrum: "Dit R&D-centrum moet een brug slaan om fotonische chips echt naar de markt te brengen. We ervaren namelijk een kloof als het gaat om het volwassen worden van de techniek. Als onderzoekers werken we tot een vergevorderd prototype, maar de industrie heeft niet de middelen om daarmee verder te gaan.

"Ons rolmodel is imec, de R&D-hub voor nano- en digitale technologieën voor de halfgeleider- en elektronica-industrie. Bij hen zie je echt hoe een groot centrum voor onderzoek en ontwikkeling zijn waarde heeft in de keten. En dat zo’n overkoepelend centrum prima bestaat naast de al bestaande instituten, start-ups, bedrijven, grote industrie en universiteiten."

Dan gaat het over een hele andere schaal dan de onderzoekers gewend zijn. Latkowski: "Succes wordt op een hele andere manier gedefinieerd, en dat vraagt een compleet nieuwe denkwijze. Wat voor academici en sommige bedrijven een groot volume is, zeg duizenden chips, is voor de industrie heel klein. Zij willen miljoenen chips per maand van de lopende band zien rollen om succesvol te zijn."

Silicium of indiumfosfide?

"Elektronische chips en meerdere vormen van fotonische chips zullen de komende vijf tot tien jaar naast elkaar gebruikt worden", voorspelt Latkowski. Het centrum zet dan ook vol in op zogenoemde hybridisatie; het integreren van een variëteit aan fotonische chips naast elektronische. Want elk materiaal heeft zijn eigen sterke punten.

Latkowski verwijst naar de verschillende materialen waaruit fotonische chips kunnen zijn opgebouwd. Een bekend materiaal is bijvoorbeeld indiumfosfide (InP), een materiaal dat zelf licht kan genereren, moduleren én versterken. Maar waar nog geen hele grootschalige infrastructuur voor ontwikkeld is.

Chips gebaseerd op silicium kunnen makkelijker geïntegreerd worden met de huidige fabricageprocessen voor elektronica. Bijvoorbeeld de chips op basis van siliciumnitride (Si3N4). Of de volledige silicium chips, waarmee laatst is aangetoond dat silicium tóch zelf licht kan uitzenden.

Zelfrijdende auto

Dat er een markt is voor kosteneffectieve geïntegreerde fotonische chips blijkt als we naar zelfrijdende auto’s kijken. De camera- en Lidar-modules in autonome voertuigen werken nu bijvoorbeeld al op fotonica. Zij bewaken de omgeving en laten het voertuig automatisch remmen en versnellen.

Maar een dergelijke Lidar-sensor van bijvoorbeeld een autonome Google-auto, kan tot 60.000 dollar kosten. En een autonome auto heeft minimaal zes van dergelijke sensoren nodig om de omgeving met voldoende detail te kunnen waarnemen zonder daarbij fouten te maken.

Latkowski: "De auto-industrie heeft berekend dat de fotonische componenten maximaal 50 dollar mogen kosten om een ​​kosteneffectieve oplossing voor de automarkt te kunnen zijn. Geïntegreerde fotonica kan dan een game-changer zijn. Het biedt veel voordelen ten opzichte van fotonische systemen gebaseerd op discrete componenten, denk bijvoorbeeld aan grootte, stabiliteit, prestaties, betrouwbaarheid en kosten."

Volledige integratie, waarin fotonica en elektronica samen op één chip zitten, is de volgende stap. "En pas daarna kunnen de fotonica-chips steeds meer overnemen, als de productiekosten steeds lager worden," concludeert Latkowski.