Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv ( ) Ajánlás

Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv (2009-2020)

Ajánlás

Készítette a Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal megbízásából az Integrált Mikro/Nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform 2009. október (felülvizsgálva: 2010. március)

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. Tartalomjegyzék

1. Előszó .......................................................................................... 3 2. Vezetői összefoglaló .................................................................. 7 3. Helyzetkép, irányelvek ............................................................. 10 3.1 Az Európai Unióban.............................................................................. 10 3.2 Magyarországi viszonyok .................................................................... 13 3.2.1 Korábban… ...................................................................................... 13 3.2.2 … és jelenleg ................................................................................... 14 3.2.3 A jelenlegi gazdasági helyzet ........................................................... 19 3.2.4 Hálózatosodás ................................................................................. 20 3.2.5 Az oktatás helyzete a szakterületen ................................................. 22

4. Stratégiai kutatás-fejlesztési terv............................................ 23 A.) Mikro- és nanoelektronika a gyógyászatban (diagnosztika és terápia), egészség megőrzésben és a biztonságért ................................ 24 Társadalmi igények és piaci szempontok.................................................. 24 Alkalmazási területek ................................................................................ 25 Technológiai kihívások .............................................................................. 28 Javasolt hazai alprioritások, projektek....................................................... 29 B.) Mikro- és nanoelektronika a mobilitásért, szállításért, az energetikában és a környezet-védelemben .............................................. 31 Piaci szempontok ...................................................................................... 31 Társadalmi haszon .................................................................................... 31 Alkalmazási területek ................................................................................ 32 Technológiai kihívások .............................................................................. 33 Javasolt alprioritások, projektek ................................................................ 35 C.) Tervezési és ellenőrzési módszerek, berendezések és műszerek a mikro- és nanoelektronika számára .......................................................... 37 Piaci szempontok ...................................................................................... 37 Társadalmi haszon .................................................................................... 38 Alkalmazási területek ................................................................................ 39 Technológiai kihívások .............................................................................. 40 Javasolt hazai alprioritások, projektek....................................................... 42

Rövidítések jegyzéke...................................................................... 43

2

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4.

1. Előszó Mindenekelőtt szükségesnek tartjuk néhány behatárolni, miről is szól ez a stratégiai anyag.

fogalom

tisztázását,

majd

A mikroelektronika - mint közkeletű fogalom- miniatürizált méretű félvezető eszközökből felépített nagy bonyolultságú integrált áramkörök gyártási technológiáját jelöli. A mikroelektronika jelentősége az utóbbi évtizedekben az élet minden területén meghatározó, sőt a nanotechnológia bevonulásával az integrált eszközök előállításába nagymértékben nőtt. Felhasználási területei szinte a gazdaság minden szegmensét átfogják: informatikai és telekommunikációs eszközök, szórakoztató elektronika, gyártási folyamatok vezérlése, automatizálás-robottechnika, járművek irányítása, orvosi diagnosztika és terápia, stb.. Az elmúlt évtizedekben is folytatódott a folyamatos méretcsökkenés és párhuzamos számítási kapacitás-növekedés az árak drasztikus esése mellett (Moore törvénye szerint). A digitális technika és a mikroelektronika jelenlegi diadalmenete ugyanis annak köszönhető, hogy az integrált áramkörök mai verziói megközelítőleg ugyanannyiba kerülnek, mint egy több évtizeddel ezelőtti, nagyságrendekkel lassabb működésű és kevesebb elemből álló processzor. A miniatürizálás (arányos méretcsökkentés) lényege ugyanis úgy javítani az eszköz működési sebességét és minőségét, hogy közben az előállítás költségei is csökkenjenek. Az anyag atomos felépítése és a fizikai törvények statisztikus jellege a makroszkopikus mérettartományban egyértelműen kijelöli a méretcsökkentés korlátait, az alagúthatás pedig a gyakorlatilag megvalósítható legkisebb elektronikus eszközméreteket. Ez ma Si áramkörökben kb. 2 nm vezérlőelektróda-hordozó közötti oxidvastagság és kb. 20 nm forrás-nyelő távolság. A hagyományos top-down építkezéssel a további arányos méretcsökkenés azonban már egyre nagyobb nehézségekbe ütközik. Alacsony hőháztartással működő technológiai műveletek, új, eddig inkompatibilisnek tekintett anyagrendszerek bevezetésére van szükség a hagyományos technikák, elsősorban a geometriai ábrakialakítás (fotolitográfia) végletes kiélezésén túlmenően is. Ez egy-egy generációváltás esetén a növekvő szeletátmérők mellett horribilis eszközpark-beruházást jelent. Ezért a digitális áramkörök vonatkozásában a mikro/nanoelektronika a következő évtizedben paradigmaváltás előtt áll. Ennek egyik lehetséges módozata kvantummechanikai működési elvek alkalmazása, atomi szintű építkezés a szintézisen alapuló nanotechnológiával, ami új gondolkodásmódot, tervezést igényel. Az integrált nanotechnológia a mikrotechnológiánál tízszer-százszor kisebb méretekben (<100 nm), a molekulák és atomok mérettartományában operál. A nanotechnológia - egyik elfogadott meghatározása szerint - olyan tervezési elvek és gyártási módszerek összessége, amelyekre az atomi szinten történő építkezés a jellemző. A módszerek tekintetében olyan kémiai és fizikai eljárásokat értünk alatta, amelyek segítségével jellemzően nanométeres méretű 3

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. objektumokat (pl. nanorészecskéket, nanokompozitokat és nanobevonatokat), illetve ezekből valamilyen funkciót megvalósító eszközt vagyunk képesek létrehozni. Bár szinte észre sem vesszük, manapság egyre kevesebb olyan komplex elektronikai terméket ismerünk, amelyikben ne működne mikroelektromechanikai (MicroElectroMechanicalSystem = MEMS) csip, érzékelő vagy beavatkozó elem. A gépkocsikban az árképzés egyik meghatározó eleme ma már a fedélzeti számítógép bemenő információit szolgáltató integrált érzékelők mennyisége és minősége. Az utóbbi két évtizedben a tárolásprocesszálás-, távközlés hármas forradalmához tehát negyedikként az integrált áramkörök kiforrott technológiáját továbbfejlesztő mikrotechnológiai eszközök, az érzékelők és beavatkozók ugrásszerű fejlődése is csatlakozott. A nanométeres skálán jelentkező speciális anyagi funkciók mikrotechnológiai eszközökbe integrálva új dimenziókat nyitnak meg az érzékelésben, új, eddig elképzelhetetlen érzékenységű és szelektivitású rendszereket vagyunk képesek fejleszteni a legkülönbözőbb alkalmazásokhoz. Jobbára elfogadott megközelítésmód, hogy a mikrotechnológia, a mikromegmunkálás mindig is nélkülözhetetlen része marad a nanotechnológia hasznosításának abban az értelemben, hogy a nano-méretskálát mikrotechnológiai közvetítéssel lehet csupán hozzáférhetővé tenni. A mikrotechnológiai készség lényegét az a flexibilitás adja, hogy sokféle alkalmazás irányába tud elkanyarodni: az egyszerű felületkezeléstől, ún. felületi funkcionalizálástól a bonyolult, biokompatibilis, orvosi alkalmazásokon keresztül az elektronikus vagy fotonikus integrált érzékelésig. A mikro/nanotechnológia mindig speciális, az adott célra szabható megoldásokat kínál. Éppen ezért művelésében alapvető felfogásbeli különbség, hogy a kibontakozó integrált mikro/nanotechnika multidiszciplináris ismereteket és szemléletmódot igényel. A terület megköveteli a fizikai, kémiai, biológiai, informatikai és mérnöki ismeretek együttes alkalmazását. Eközben sokféle egyedi, egyelőre tömegben nem gyártható terméket is előállít, melyek ma még nehezen, vagy célszerűen nem szabványosíthatóak, bár kevés olyan mérési-, érzékelési feladat képzelhető el, amelynek ne lenne előbb-utóbb integrálható megvalósítása is. A nanotechnológia, és a nano előtag maga mára (sajnos, vagy nem) hívószó lett, marketing értelemben, sok esetben valós tudományos tartalom nélkül használják, az eladhatóság növelésére. „A nanotechnika elterjedésének várható gazdasági és társadalmi hatásait sokoldalúan elemezték világszerte az emberiséget érintő legnagyobb gazdasági, környezeti és társadalmi kihívások szemszögéből. Alkalmazásával 15–20 éves távlatban áttörést várnak az energiaellátás, a levegőtisztítás, az ivóvíz-tisztaság, az egészségügyi szűrés és diagnózis, az egyénre szabott gyógyszeradagolás, az egészségügyi ellátás, az agrártermelékenység, az élelmiszer-feldolgozás és tárolás, információs technológiák és a biztonsági rendszerek területén. Ha e felsorolást összevetjük az emberiség következő ötven esztendejére jósolt tíz kritikus globális probléma jegyzékével (energia, ivóvíz, élelmiszer, környezet, szegénység, terrorizmus, háborúk, betegségek, oktatás, demokrácia és népesedés), akkor láthatjuk, hogy a nanotechnika hozzájárulása a jövő generációk életéhez milyen jelentős lehet” (Csurgay Árpád: Nanotechnika, tudomány és természet, Magyar Szemle Online, http://www.magyarszemle.hu/szamok/2006/1/nanotechnika)

4

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. Az EU Bizottság definíciója szerint a következő évtizedek fejlődését meghatározó „kulcsfontosságú alaptechnológiák tudásintenzívek, és a kutatás-fejlesztés magas intenzitása, gyors innovációs ciklusok, nagy tőkekiadások és jól képzett munkaerő jellemzi őket. Rendszerszintű fontosságuk révén a gazdaság minden szintjén lehetővé teszik a folyamat-, termék- és szolgáltatásinnovációt. Ezenkívül multidiszciplinaritás jellemzi őket, valamint az, hogy számos technológiai területet átfognak, továbbá a konvergencia és az integráció irányába hatnak. A kulcsfontosságú alaptechnológiák a technológia éllovasainak segítségére lehetnek abban, hogy a kutatásra fordított erőfeszítéseiket más területeken is kamatoztassák.” A stratégiai szempontból legjelentősebb kulcsfontosságú alaptechnológiák: A nanotechnológia intelligens mikro- és nanoelektronikai eszközök kifejlesztésének ígéretével kecsegtet, valamint radikális áttörésekkel az olyan fontos területeken, mint az egészségügy, az energia, a környezet és a gyártástechnológia. A mikro- és nanoelektronika, ideértve a félvezetőket is, minden olyan termék és szolgáltatás szempontjából elengedhetetlen, amelyeknek intelligens vezérlésre van szükségük. Ezek a termékek és szolgáltatások a legkülönfélébb ágazatokban megtalálhatók, legyen az gépjárműipar, szállítás, repülés vagy űrkutatás. Az intelligens ipari vezérlőrendszerek hatékonyabbá teszik a villamosenergia-termelés, -tárolás, -szállítás és -fogyasztás irányítását. A fotonika a fény előállításával, emissziójával, kezelésével és érzékelésével foglalkozó multidiszciplináris szakterület. A fotonika biztosítja többek között a napfény elektromos árammá történő, a megújuló energia előállítása szempontjából oly fontos átalakításának technológiai alapját, valamint az olyan elektronikus alkatrészek és felszerelések széles skáláját, mint a fotodiódák, a LED-ek és a lézerek. A korszerű anyagok komoly haladással kecsegtetnek a legkülönbözőbb területeken, pl. az űrkutatásban, a közlekedés, az építőipar vagy az egészségügy területén. Ezek az anyagok elősegítik az újrahasznosítást, csökkentik a széndioxid és más üvegházhatású gázok mennyiségét (szénlábnyomot), az energiaszükségletet, továbbá az Európában ritka nyersanyagok iránti igényt. A biotechnológiának köszönhetően az ipari, illetve mezőgazdaságiélelmiszeripari műveleteknek tisztább és fenntarthatóbb alternatívái is lesznek. A jelenleg számos ágazatban használt, nem megújuló anyagokat fokozatosan megújuló anyagok váltják majd fel, bár ezen alkalmazások felhasználása még gyermekcipőben jár.” (Az Európai Bizottság közleménye az Európai Parlamentnek, a Tanácsnak és szakbizottságainak: „Felkészülés a jövőre: közös stratégia kidolgozása a kulcsfontosságú alaptechnológiákkal kapcsolatban , Brüsszel, 2009. október 7. http://ec.europa.eu/enterprise/sectors/ict/files/communication_key_enabling_technologies_en.p df )

A jelen stratégiai anyag kapcsán fontos hangsúlyozni, hogy nem foglalkozik a nanorészecskék nagytömegű alkalmazásával (pl. a korrózió-védelemben, vagy a festék- ill. kozmetikai iparban). Ez a tanulmány elsősorban a rendkívül nagy hozzáadott értéket képviselő és védett szellemi termékek szintjén (IPR) értékelhető, a nano-funkcionalitást kihasználó, unikális integrált mikro- és nanoelektronikai fejlesztésekre helyezi a hangsúlyt. 5

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. A funkcionális anyagoknak főleg az elektromos, optikai, mágneses viselkedése, a külső hatásra adott ilyen "válasza", azaz valamilyen tulajdonságának megváltozása a meghatározó. A "funkció" tehát lehet az anyag egyetlen belső tulajdonsága (például alakra emlékező smart anyagok), de lehet technológiai műveletek sorával kialakított számítás-, információtechnológiai vagy optikai alkalmazás beleértve az optoelektronikát, illetve lehet mágneses, gravitációs érzékelés stb. Ebből levezethetően tehát éppen az "érzékelés" és/vagy a "beavatkozás" képessége, kategóriája különbözteti meg elsősorban a funkcionális anyagokat a szerkezeti anyagoktól. (Gyulai József: A fizika-kémia átlényegülése: a műszaki anyagtudomány, Magyar Tudomány, 2005/5 ) Ezek a gondolatok vezetnek az "érzékelők és beavatkozók forradalmaként" emlegetett terület valamint az ún. ambient intelligence (intelligens környezet) fejlesztésének irányába, melyet követnünk, sőt esetenként vezetnünk kellene. A fejlesztések központjában az ember áll; biztonsága, egészsége, kényelme, közlekedési és kommunikációs igényei. Az Integrált Mikro/Nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform (IMNTP, www.imntp.hu) célja tehát kutatás-fejlesztési stratégiai és megvalósíthatósági tanulmány készítése az integrált mikro- és nanoelektronikai, valamint fotovillamos kulcstechnológiai szakterületekre. Az IMNTP tevékenységét európai mintára, a European Nanoelectronics Initiative Advisory Council (ENIAC) és Photovoltaic Technology Platform (PV) munkájához kapcsolódóan végzi, elősegítve ezáltal a hazai szereplők részvételét, a hazai K+F integrációját az európai kezdeményezésekben. Ezért született az IMNTP Közgyűlésén az a döntés, hogy a magyar K+F stratégiai tanulmány elkészítéséhez az ENIAC és a PV által több éves munkával kidolgozott és folyamatosan továbbfejlesztett európai kutatás-fejlesztési stratégiát (SRA) vesszük alapul, és annak elképzeléseit ill. azok egy részét formáljuk át a magyarországi viszonyokra. A mikro- és nanoelektronikai K+F stratégia készítésekor általános célként az alábbiakat tartottuk szem előtt: •

a versenyképesség növelése;

•

a hatékonyság növelése;

•

a munkahelyek megtartása, számának növelése;

•

unikális fejlesztések, specializálódás;

•

nemzeti össztermék (GDP és még inkább a GNP) növelése.

A stratégiai terv elkészítéséhez tanulmányukkal, írásos véleményükkel hozzájárultak: Bársony István, Benedek Zsolt, Beskid Vilmos, Borsos István, Battistig Gábor, Eszes Gábor, Földesi Péter, Gacsal József, Hajnal Zoltán, Kövér László, Iván Kristóf, Madarász Emília, Máthé Kálmán, Mizsei János, Nádudvary György, Nagy Péter, Rencz Márta, Szakolczai Krisztina, Szörényi Tamás, Valyon József. 6


2. Vezetői összefoglaló Manapság szinte kizárólag olyan komplex elektronikai termék értékesíthető a világpiacon, amelyben egy vagy több érzékelő ill. beavatkozó elem, mikroelektromechanikai (Micro-ElectroMechanical System = MEMS) csip is található. Az unikális mikro- és nanoelektronikai fejlesztések rendkívül nagy hozzáadott értéket képviselnek, több tudományágat érintő multidiszciplináris kutatás eredményeit tartalmazzák egy integrált eszközben. A 2008 második felében kezdődött globális pénzpiaci és termelési válság az elektronikai szektort is megrázta. Az ezt tetéző hazai iparszerkezeti válság eredményeképp a magyar éves ipari termelés visszaesése meghaladta a 22%ot. Esélyünk a kilábalásra viszont csak a nemzeti stratégiai prioritások rögzítése és a célok megvalósításához rendelt rendszerszintű állami szabályozás esetén van. Az egyik kiutat a mikro- és nanoelektronikai technológia, mint alaptechnológia fejlesztésében rejlő szemlélet-formáló, innovatív lehetőségek jelenthetik. A teljes elektronikai ipar a hazai versenyszféra ipari termelése hozzáadott értékének közel 13%-át, a feldolgozóipar exportjának mintegy 35%-át adja, amivel a legnagyobb termelési ágazat. Az elektronikai profilú cégek (TEÁOR 2620, 2711, 2611, 2612, 2931, 2630, 2640, 2651) bruttó hozzáadott érték aránya 2007-ben 6,21%, míg a foglalkoztatottságot tekintve részesedésük mindössze 4,14%. Ez azt jelenti, hogy az elektronika kiemelten hatékony és eredményes szektor Magyarországon is. (Forrás: Informatikai Vállalkozások Szövetsége) Az elektronikai összeszerelő ipar jobbára alacsony képzettségű, olcsó munkaerővel termeli meg a hazai GDP tekintélyes hányadát, de a profit kivitele miatt magyar nemzeti összterméket (GNP) alig növeli. Az elektronikai szektoron belül a kizárólag mikro- és nanoelektronikával foglalkozó cégek elkülönítése szinte lehetetlen, a Központi Statisztikai Hivatal és a TEÁOR besorolásai erre alkalmatlanok. Az IMNTP becslése szerint a szűkebben vett mikro- és nanoelektronikai (beleértve a világítástechnikát) csoport 40.000 fő felett foglalkoztat, becsült éves árbevétele 364 Mrd Ft. A munkavállalók több mint 70%-a mindösszesen 43 multinacionális nagyvállalatnál dolgozik, miközben a mikroelektronikai szektor vállalkozásainak közel 90%-a kis és középvállalkozás. Az elektronikai szektor szerves része a mikro- és nanoelektronikai szektor, anely a legmagasabb hozzáadott értéket állítja elő magasan kvalifikált munkaerővel. Ennek a területnek a fejlesztését azonban össze kell hangolni az elektronikai szektor egyéb szereplőivel. Hangsúlyozni kell, hogy a Magyarországon termelési értékben döntő súlyt képviselő elektronikai szereléstechnika ugyanúgy csúcstechnológiai ipar mint a nanoelektronikai K+F terület, de eltérő sajátosságokkal rendelkezik. Míg előbbi nagyobb létszámban veszi fel a középfokú vagy a felsőfokú BSc képzésből kikerülő munkavállalókat, utóbbi nagyságrenddel több MSc és/vagy doktori képzésben részt vett alkalmazottat igényel. Nemzetgazdasági szinten a foglalkoztatottság általános növelése egyértelműen az alacsonyabb képzettségűek intenzívebb bevonását jelenti a munkaerőpiacra. Az elektronikai szektor folyamatos fejlődését, csak harmonizált – mindkét speciális igényt kielégítő - intézkedésekkel lehet elősegíteni 7


Tény, hogy a magyarországi környezetben dolgozó multinacionális elektronikai vállalatok többsége nem hazai fejlesztéseket használ fel, de anyacégük esetenként igen. A multinacionális vállalatok jellegüknél és méretüknél fogva a piacról és nem szubvenciókból élnek, saját maguk által termelt forrásból fizetik K+F törekvéseiket: kutatócsoportot tartanak fent, vagy vásárolnak ilyen jellegű fejlesztéseket. Ezzel szemben egy innovatív hazai kis-, vagy középvállalkozás, amely általában nehezebben teremti meg a fejlesztésének piacát és a kapcsolódó szolgáltatási hálózatot, jobban rá van utalva a hazai K+F lehetőségek alkalmazására. Jelen tanulmány ezért elsősorban a hazai és magyar (többségi) tulajdonú kis- és középvállalkozások versenyképességének támogatására helyezi a hangsúlyt, nemzetközi szintű K+F témák előtérbe helyezésével. Természetesen a hazai K+F szereplők örömmel várják a multinacionális cégek megkeresését és szolgátatás igénybevételét is. A 2009-es hazai mikro- és nanoelektronikai K+F felmérés eredményei: Erősségek (S)

Lehetőségek (O)

- kiváló elektronikai fejlesztési hagyományok - világszínvonalú félvezető méréstechnika - hozzáférhető szakismeret kedvező áron

- nagy hozzáadott értékű hazai fejlesztés - specializálódás, multidiszciplináris K+F - MEMS/NEMS hazai eredmények

Gyengeségek (W)

Fenyegetések (T)

- kiszámítható, stabil állami szabályozási rendszer hiánya - nemzeti stratégia hiánya - alap, közép és felsőfokú oktatás, tanárképzés hiányosságai

- piacvesztés megfelelő szakember utánpótlás miatt;

- - hazai tulajdonú vállalkozások csekély innováció-képessége;

- a saját támogatott K+F eredmények is elvesznek a hazai hasznosítás számára - társadalmi tiltakozás egyes nanotechnológiai alkalmazások tekintetében

A mikro- és nanoelektronikai ipar nagy hozzáadott értékű, komoly helyi szakértelmet kívánó tevékenység, fejlesztése komparatív versenyelőnyt jelent a globális piacon. Mivel a mikroelektronikai eszközgyártás kezd Európából kiszorulni, meg kell találni azokat a piaci réseket, ahol nem olcsó tömegtermeléssel, hanem speciális funkciók csúcstechnológiai megvalósításával lehet versenyben maradni. pl. a minősítő- és méréstechnika esetén. Erre jó példa a 100%-ban magyar tulajdonú Semilab (www.semilab.hu), amely hazai know-how alapján fejleszt világszintű félvezető-méréstechnikai eszközöket és eljárásokat. A céget szakterületén a világ 5 legjobb gyártója között jegyzik, éves árbevétele 10 Mrd Ft körül mozog.

Magyarország versenyképesség növelését az oktatás színvonalának drasztikus emelésével és világos kormányzati támogató politikával lehet elérni. Ezek a hazai tudás és kutatási eredmények felhasználásával növelik a 8

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. hazai (magyar tulajdonú) innovatív vállalkozások esélyét a világpiacon. Középtávon ezt az elmozdulást segítheti egy magántőke bevonásával létesített magyar szilícium foundry; külső tervek megvalósítására specializálódott szelettechnológiai bázis. Az ötletek gyors gyártásba vitelét intézményesített technológia transzfer szolgáltatással, az innovációt és spin-off cégeket megfelelő támogatási rendszerrel kell segíteni.. Ahhoz, hogy Magyarország 2020-ra versenyképes legyen, megtartsa ill. növelje K+F potenciálját a nagy hozzáadott értékű mikro- és nanoelektronikai fejlesztésekben, elengedhetetlen a: •

Nemzeti ipari stratégiai prioritások kijelölése, kiszámítható, tudáspárti kormányzati szabályozási és gazdasági környezet kialakítása;

•

Az oktatási rendszer azonnali minőségi megreformálása, a műszaki és természettudományos képzés kiemelt fejlesztése, hogy a szektor számára a multidiszciplináris K+F-re és gyártásra alkalmas kellő számú kvalifikált szakember kibocsátása;

•

Fenntartható K+F+I hátteret hatékonyan biztosító infrastrukturális kutatóhálózat és tudástranszfer rendszer fenntartása és folyamatos továbbfejlesztése.

Egy minap a Cadence Design Systems Inc. (San Jose, California, egy Magyarországon is megtelepedni kívánó világcég) által Londonban rendezett tervezői fórumon a panel résztvevői egybehangzóan megállapították, hogy „a megtelepedni kívánó IC tervező vállalkozásoknak juttatott központi, garantált kormánytámogatások jobbára haszontalanok voltak. Azt várják el a kormányzatoktól, hogy vállalkozásbarát környezetet teremtsenek, lehetőség szerint a mérnöki tanulmányokat választók kiemelt támogatásával. Általános vélemény szerint nő a szakadék az egyetemekről kibocsátott mérnökök tudása és a gyakorlatban profitábilisan működő mérnöki tudás közt, amin javítani szintén a kormányzatok feladata.” (http://www.eetimes.eu/design/220800054;jsessionid=DW53PEBOPQIZ3QE1GHPCKH 4ATMY32JVN)

A jelenlegi magyarországi ipari és kutatási sajátságokat figyelembe véve az IMNTP három kiemelt kutatás-fejlesztési irány támogatását javasolja a teljes innovációs láncon keresztül az alapkutatástól a gyártásba vitelig: Mikro- és nanoelektronika •

a gyógyászatban (diagnosztika és terápia), egészség megőrzésben és a biztonságért ideértve a bioérzékelőket és beavatkozókat az emberi testen belül és kívül, az egészségügyi, élelmiszer, a pénzügyi, személyi és közüzemi biztonságot és szabályozási kérdéseit is;

•

a mobilitásért, szállításért, az energetikában és a környezetvédelemben a közlekedés, az energiatermelés biztonságosabbá, automatizáltabbá és környezetkímélőbbé tételére;

•

tervezési és ellenőrzési módszerek, berendezések és műszerek elsősorban IC tervezéshez, teszteléshez kapcsolódó eljárások, kiemelve a magyar csúcstechnológiai ágazatnak számító gyártásközi metrológiai eszközök fejlesztését. 9


3. Helyzetkép, irányelvek

3.1 Az Európai Unióban Közel 800 milliós népességével Európa egyike a legnagyobb fogyasztói és ipari piacoknak, fejlett technológiával és hatékony gyártási lehetőségekkel. Európa jelenti a világ félvezető komponens piacának 20%-át és közel 10%-át a kapcsolódó anyagok és eszközök tekintetében, ami éves szinten 64 milliárd €-t tesz ki. A SEMI (www.semi.org) felmérése szerint Európában 278 szelettechnológiai gyárat (hazánkban jellemzően egyet sem!) és több mint 300 az anyagokkal, eszközökkel és szolgáltatásokkal a félvezetőiparhoz köthető nagyobb ipari céget tartanak számon. A nanoelektronika nemzetközi piacán az európai ipari és akadémiai szervezetek jelentősen képviseltetik magukat. Egészségügyi, közlekedési, biztonsági, energia, kommunikációs alkalmazási területeken Európának piacvezető pozíciói vannak, elég csak a Philips (NXP), Nokia, Ericsson fejlesztéseire gondolni. A nanoelektronika az elektronikai termékek és szolgáltatási újítások hardver alapjait biztosítja az európai ipar fő növekedési piacain. Az ENIAC, az Európai Nanoelektronikai Technológia Platform 2004-ben indult azzal az általános céllal, hogy garantálja Európa számára a lehető legkorábbi hozzáférést a legmodernebb integrált alkatrészekhez, a csúcstechnikai termékek és szolgáltatások alkalmazásához szükséges tervezési szaktudáshoz, stabilizálva ezáltal Európa meglevő ipari erősségeit és biztosítva, hogy a szellemi tulajdon zömmel a régióban keletkezzék és hasznosuljon. Bár elsősorban nanoelektronikai fejlesztésekre fókuszál, ezeket mikroelektronikai fejlesztések nélkül nem lehet hasznosítani, így a két összefüggő terület fejlesztése erősen átlapol. Az

ENIAC

Stratégiai

Kutatási

Menetrend

(SRA, az ipari, akadémiai és hivatali szakértők Európát átfogó összehangolt erőfeszítésével állt elő. Vezető európai vállalatok és kutatószervezetek csúcsirányítói jelezték teljes elkötelezettségüket az SRA és az Európai Bizottság által javasolt Közös Nanoelektronikai Technológiai Kezdeményezés által kitűzött ambiciózus célok elérésére. Az ENIAC SRA az a közös burok, amely felöleli a nanoelektronikai kutatások és fejlesztések definiálását és végrehajtását Európában valamennyi szereplő számára (ipar, akadémia és közhivatalok) valamint az PPP (private-public partnership) együttműködést. http://www.eniac.eu/web/downloads/ENIAC%20MASP%202010%20v8A%20DRAFT.pdf)

10


1. ábra Az ENIAC, mint az európai nanoelektronikai K+F ernyője

Az ENIAC SRA második átdolgozott kiadását 2008. november 28-án hozták nyilvánosságra Budapesten. A globális és európai tájkép mai és 2020 közötti általános víziójával kezdve a Programban definiálják azokat a kritikus társadalmi igényeket és vezető piacokat, amelyeket a nanoelektronika tesz lehetővé. Ezeket az alkalmazásokat azután átfordítjuk és részletezzük azon technológia területek prioritásaivá, amelyekre a nanoelektronika kutatási kihívásai támaszkodnak. A Stratégiai Program az európai ökoszisztéma kritikai értékelésével zárul és javaslatokat terjeszt elő az ENIAC célkitűzéseinek teljes megvalósítására. A tervek szerint a továbbiakban kétévente kerül felülvizsgálatra. Az ENIAC szerint ahhoz hogy Európa a világ vezető hatalmává váljon K+F területén és fenntartsa a nagy hozzáadott értékű következő generációs termelést, szükséges: • versenyképes ellátó lánc, hiányzó fontos elemek nélkül • egy olyan kutatói és infrastrukturális hálózat, ami képes a megfelelő kutatási hátteret biztosítani • stratégiai együttműködések ahol az erős ipar megosztja a hosszútávú fejlesztési vízióit a kutatókkal és ezzel mobilizálni tudja az erőforrásokat • megfelelő szabályozási és gazdasági környezet • oktatási rendszer, amely képzett, a multidiszciplináris kutatásra, tervezésre és gyártásra alkalmas munkaerőt bocsát ki. Az ENIAC-ban azonosított hat társadalmi szegmens az Egészség és Wellness, a Szállítás és Mobilitás, Biztonság, Energia és Környezet, Kommunikációs és Informatikai szórakoztatás, ami hat alkalmazás-specifikus Alprogramra történő szegmentáláshoz vezet. AZ ENIAC SRA technológiai területeiben felsorol kihívások közül sok leképezhető a vezető piacokon levő alkalmazásokra, nevezetesen a More Moore, More than Moore és a Heterogén Integráció kategóriákba. A Tervezési Módszerek és Eszközök valamint a Berendezések és Anyagok keresztterületek, itt a keresztalkalmazások aspektusai dominálnak. Ezeknek a területeknek a kihívásai csak általános alapmódszerekkel kezelhetők, amelyek valamennyi ENIAC társadalmi igényt és húzóágazatot szolgálják. 11


2. ábra A JU Kutatási Program leképezése az SRA technológiai területeire

Mikroelektronikai fejlesztéseket tekintve az ITRS Roadmap az alábbi IC gyártási területeken jelöl ki fókuszpontokat, ami láthatóan jól harmonizál az ENIAC prioritásaival

Ismert a méretcsökkenésben az általános trend, az eltolódás egyre kisebb nanométeres méretek felé. A különböző szcenáriók 2015 és 2022 közé teszik azt az időszakot, amikorra a sorozatgyártott csipek elérik a 10nm-es méretet. (Forrás: http://www.itrs.net/Links/2008ITRS/Update/2008_Update.pdf).

12

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. Bár Magyarország az 1986-os MEV tűzeset nyomán nem kívánt az áramkörgyártásban további aktivitást támogatni, a hazai műszergyártás azóta is nagy sikereket ér el a fenti területek metrológiájára szolgáló automatikus berendezések gyártásában a világpiacon. Ezért a K+F-nek is ki kell szolgálnia az ilyen igényeket akkor is, ha a hasznosulás csak indirekt módon várható.

3.2 Magyarországi viszonyok

3.2.1 Korábban… A magyarországi félvezető integrált áramköri fejlesztéseknek nagy hagyományai voltak, a fejlett anyagtudományi kutatásoknak köszönhetően. Ezekbe a kutatásokba magyar fejlesztők (fizikusok, kémikusok) már a 60-as években bekapcsolódtak. Az 1975-80 között az OMFB támogatással végrehajtott program ("LSI Kft.") bizonyította, hogy a hazai szakmai közösség (HIKI, KFKI, TKI és BME) képes egy korszerű mikroprocesszort kifejleszteni, ennek segítségével sok kutató alapozhatta meg gyakorlati ismereteit. A mikroelektronikai fejlesztéseket ezután jelentősen meghatározta a Mikroelektronikai Vállalat. Az üzemben az IC gyártás mellett világszínvonalú mérés- és híradástechnikai berendezéseket gyártottak, de a szelettechnológiai gyártócsarnok 1986-ban tisztázatlan körülmények között leégett, amely végzetes csapás volt a hazai fejlesztésekre nézve. Újjáépítése nem történt meg, emiatt a magyar mikroelektronikai gyártás és a kapcsolódó félvezető-fizika oktatás is jelentősen visszaesett. Erre az időszakra esett számos kisvállalat megjelenése az elektronikai innovációs piacon, ilyenek a Semilab (www.semilab.hu), a Mikrovákuum (www.microvacuum.com), Bonn-Elektronik (www.bonn-elektronik.com) és a Kraft Kft (www.kraft.hu). Az időnkénti megtorpanások ellenére a műszergyártás és elektronika a hazai ipar második legexportképesebb ágazataként évtizedeken át volt a magyar gazdaság zászlóshajója, és – bár gyökeresen eltérő tulajdonviszonyok között a mai gazdasági szerkezetben is az egyik legjelentősebb gazdasági ágazat. A gazdasági-piaci versenyben a hasonló szerkezetátalakuláson átesett valamennyi volt szocialista EU tagország óriási központi erőfeszítéseket tesz, hogy ezt a csúcstechnológiai ágazatot ne engedje elsorvadni. Megfelelő törvényi-fiskális-támogatási környezetet teremtenek hazai vállalkozásaik és a külföldi befektetők számára, hogy ez a hatalmas versenypotenciállal rendelkező szektor a jövőben is fejleszthető legyen. (Forrás:Informatikai Vállalkozások Szövetsége, Elektronikai Munkacsoport, IVSZ)

13


3.2.2 … és jelenleg Kifejezetten testre szabott Magyarország számára az alapkutatási eredmények gyors hasznosításán alapuló „More than Moore heterogén integrációs” irányzat. Az analóg és passzív elemek, érzékelők és beavatkozók valamint biocsipek célorientált kombinációjának akár egy közös tokban való megvalósítása (System in Package –SiP) a magyar lehetőségeket tekintve is reális, követendő cél. Itt ugyanis nem a nemzetközi standard eljárások végletes finomításáról, hanem nagyon is invenciózus új szenzorikai és beavatkozó működési elvek integrált megvalósításáról van szó. A szektor termékei innovatív magyar műszerek lelkét adják, ez a K+F szféra és az ipar konzorciális együttműködésével hatékonyan művelhető terület már eddig is sok szép eredményt produkált hazai és EU keretprogramok támogatásával. A mikro- és nanoelektronika hazai helyzetét megbecsülni több ok miatt is igen nehéz. A piacelemzéshez a Központi Statisztikai Hivatal (KSH, www.ksh.hu) statisztikai adatszolgáltatását és a Hoppenstedt Bonnier és Tsa (www.bonnier.com) piackutatási adatait vettük alapul. A piac felmérésének nehézségét a KSH és TEÁOR besorolások (és utóbbi 2008-as változása) jelentik, ezek miatt az ágazati bontások erre nem adnak lehetőséget, másrészt a hazai mikroelektronikai (és nanotechnológiai) cégek többsége nem a magyar piacra termel, ezért itt ritkán jelenik meg, főtevékenységükként sokszor a kereskedelmet jelölik meg. A KSH adatok szerint A „Villamos gép, műszer gyártása” kategóriának csak egy részét soroljuk csak ebbe a körbe teljesen vagy részben, mint az Elektronikai alkatrész gyártása, Mérőműszer gyártása, Orvosi műszer gyártása, Optikai, fényképészeti eszköz gyártása, Máshova nem sorolt egyéb villamos termék gyártása, Számítógép, készülék gyártása, Világítóeszköz gyártása is. Ugyanakkor ide tartoznak olyan alágazatok egyes cégei is mint a gyógyszergyártás, mikrobiológia, járműgyártás, távközlés, víztisztítás stb., melyekről nincsenek hozzáférhető adataink. Az Informatikai Vállalkozások Szövetsége (IVSZ, www.ivsz.hu) kimutatása szerint az elektronikai profilú cégek (TEÁOR 2620, 2711,+ 2611, 2612, 2931, 2630, 2640, 2651) bruttó hozzáadott érték megoszlása 2007-ben 6,21%, míg a foglalkoztatottságot tekintve mindössze 4,14%, ami azt jelenti hogy az elektronika rendkívül nagy hatásfokú és eredményességű terület Magyarországon is. A korábbi „Villamos gép, műszer gyártása” kategória mintegy 60%-át adják ezek mind a hozzáadott érték, mind a foglalkoztatás tekintetében, de látható hogy a mikroelektronika ennél még több területet fed le (ld. táblázat). A mikro- és nanoelektronikai iparág nagy hozzáadott értékű, komoly helyi szakértelmet kívánó tevékenység, fejlesztése komparatív versenyelőnyt jelent a globális piacon. Jellegénél és volumenénél fogva a magyar gazdaság egyik kulcs-eleme, amely a jövőbeli gazdasági fejlődés egyik legfontosabb tényezője lehet.

14


Mikro- és nanoelektronikához kapcsolódó határterületek

Szorosabban vett mikro- és nanoelektronika

Az IMNTP szerint az alábbi TEÁOR besorolású tevékenységeket lehet részben, vagy teljes egészében mikroelektronikának tekinteni, ahhoz kötni 1812 Nyomás (kivéve: napilap) 2611 Elektronikai alkatrész gyártása 2612 Elektronikai áramköri kártya gyártása 2620 Számítógép, perifériás egység gyártása 2630 Híradás-technikai berendezés gyártása 2651 Mérőműszergyártás 2660 Elektronikus orvosi berendezés gyártása 2670 Optikai eszköz gyártása 2711 Villamos motor, áramfejlesztő gyártása 2712 Áramelosztó, - szabályozó készülék gyártása 2740 Villamos világítóeszköz gyártása 2790 Egyéb villamos berendezés gyártása 2829 M.n.s. egyéb általános rendeltetésű gép gyártása 2899 M.n.s. egyéb speciális gép gyártása 2910 Közúti gépjármű gyártása 2931 Járművillamossági, - elektronikai készülékek gyártása 2932 Közúti jármű, járműmotor alkatrészeinek gyártása 30 Egyéb jármű gyártása 3250 Orvosi eszköz gyártása 3511 Villamosenergia-termelés 3513 Villamosenergia-elosztás 21 gyógyszergyártás 3700 Szennyvíz gyűjtése, kezelése 7120 Műszaki vizsgálat, elemzés 7211 Biotechnológiai kutatás, fejlesztés 7219 Egyéb természettudományi, műszaki kutatás, fejlesztés 7490 M.n.s. egyéb szakmai, tudományos, műszaki tevékenység

15


K+F főtevékenységű cégek megoszlása alapításuk éve alapján 250 200

műszaki K+F (TEÁOR 7219) biotechnológia (TEÁOR 7211)

150 100 50

3. ábra K+F főtevékenységű cégek alapításai

A KSH elmúlt évekre vonatkozó adatait elemezve az alábbi fő megállapításokat tehetjük (Forrás: KSH Könyvtári adatbázis): •

A Platform profiljához szorosabban kapcsolódó mikroelektronikával ill. mikrorendszerekkel a KSH kimutatásai szerint 2008-ban több, mint 3000 cég foglalkozott, ennek 7,7%-a bio-nano K+F területen, 12,4% elektronikai és áramköri területen míg 57% műszaki és természettudományos kutatással, mérőműszerekkel pedig kb. 11%-uk foglalkozik. 50M Ft-ot meghaladó éves bevételt ezeknek a cégeknek mindösszesen 14,9%-a könyvelt el

•

A szorosabban vett elektronikai csoport (2611, 2612, 2931, 2660, 2670, 2651) 40.000 fő felett foglalkoztat, becsült árbevétele 364 Mrd Ft (ennek fele az elektronikai, áramkör tervező, benne mikroelektronikai tervező cégek - 2611) . A munkavállalók több mint 70%-a mindösszesen 43 nagyvállalatnál dolgozik (elektronikai, járműelektronikai területen ill. 11 optikai és mérőműszer gyártónál). Mindeközben elmondató, hogy kisvállalkozás (10 főnél kisebb létszámot foglalkoztat) a szektor vállalkozásainak közel 90%-a! Nincs 150 főt meghaladó méretű vállalkozás bio-nano K+F területen és műszaki és természettudományi K+F esetén sem.

•

A járműelektronikai ipart kivéve minden ágazat dominánsan (45-55%ban) Budapest székhellyel tevékenykedik, járműelektronikában ez az arány csak 35%-os. Regionális hatások részben érződnek, egyes tevékenység típusoknál (biotechnológia pl.) mindenképpen kimutatható az egyetemi központok – Szeged, Miskolc, Pécs, Debrecen vonzása.

•

Dinamikusan növekszik az alapított K+F cégek száma, 2000-hez képest idénre megduplázódott – egyre nagyobb a befektetési kedv ebbe a szektorba és/vagy K+F-be (és/vagy a kényszerből történő vállalkozásindítás). 4-5 évente egyfajta megtorpanás mutatkozik ezekben a számokban. 16

2009

2007

2005

2003

2001

1999

1997

1995

1993

1991

1989

1987

1985

1983

1981

1979

1977

1975

0


Elmondható továbbá, hogy •

A műszaki és természettudományi K+F-et végző vállalkozások 84%ának az éves forgalma 0-20MFt, és 79%-uk 5 főnél kevesebbet foglalkoztat.

•

Árbevételeket tekintve a műszaki és vállalkozások becsült árbevétele 68 Mrd Ft.

•

Az orvosi elektronika (2660) gyártás 143 cég főprofilja a KSH szerint, 12,6 Mrd Ft becsült bevétellel, 10-15 cégtől eltekintve kis, illetve mikrovállalkozásokról van szó. Vezető cégek a Mediagnost (www.mediagnost.hu) és az Innomed (www.innomed.hu). Érdekes, hogy a bevétel 21%-át adják a 0-20Mft-os árbevételű jellemzően mikrovállalkozások, 26%-át jellemzően 50-300 MFt-os kis és középvállalkozások és 18%-át mindössze 7 cég adja

•

Műszergyártással (2651) 360 cég foglalkozik, ennek 85,8%-a 10 főnél kevesebb embert foglalkoztató vállalkozás, 13%-a pedig középvállalkozás. Árbevételük becsült összértéke éves szinten 48Mrd Ft, ennek ellenére csak közel 3000 főt foglalkoztatnak! Egy főre vetítve látszik, hogy ez kiemelkedően nagy hozzáadott értéket produkáló ágazat!. A vezető cégek a TMK és a Ganz (www.ganzkk.hu), de még közülük is kiemelkedik a Semilab (www.semilab.hu): 100 fő körüli foglalkoztatás mellett 4Mrd Ft-ot meghaladó bevétellel., Innomed és a középvállalkozás Meditech.

•

Optikai eszközök gyártása (2670) 105 cégnél folyik főtevékenységként, ide tartozik pl. a Carl Zeiss (www.zeiss.hu) cég is. Mindösszesen 18 cégnek van 50MFt-ot meghaladó éves bevétele, és csak 4 cég foglalkoztat 100 fő felett.

•

Villamos világító eszköz gyártása (2740) is részben idetartozik, a legújabb nanoporos és korszerű LED-es technológiákkal ugyan kevés cég foglalkozik. Ide tartozik a legnagyobb munkátató a 11000 főt foglalkoztató General Electric (www.ge.hu). A nagy mértékű leépítésekről szóló sajtóhírek után a cég 2009. október 15-i közleményt bocsátott ki, miszerint a fényforrás iparág is átalakul, de döntés a mikéntről még nem született. Az alágazat összesített éves árbevétele meghaladja a 28 Mrd Ft-ot.

•

Járműelektronikai eszközök (2931) gyártásával viszonylag kevés cég (81) foglalkozik, de összesen több mint 8000 alkalmazottal. A 41 Mrd Ft éves bevétel 85%-át mindösszesen pár cég jegyzi: köztük a Videoton, és autóipari beszállítók (Remy - www.delcoremy.hu, Valeo – www.valeo.com, Lear www.lear.com, Robert Bosch www.bosch.hu/products/car_equip).

természettudományi

K+F

17


K+F cégek összesített árbevételének (~68 milliárd Ft) megoszlása az árbevételi csoportok szerint 0% 18%

21%

ismeretlen 0-20 MFt 8%

14%

21-50 MFt 51-300 MFt 301-500 MFt 501-700 MFt 701-1000 MFt 1001-2500 MFt

3%

10%

26%

4. ábra : A K+F főtevékenységű több mint 1700 cég árbevételének megoszlása

K+F cégek megyék szerinti megoszlása (belső: biotech / külső: műszaki)

Budapest Baranya Bács-Kiskun Békés Borsod-Abaúj-Zemplén Csongrád Fejér Győr-Moson-Sopron Hajdú-Bihar Heves Komárom-Esztergom Nógrád Pest Somogy Szabolcs-Szatmár Szolnok Tolna Vas Veszprém Zala

5. ábra : A K+F főtevékenységű több mint 1700 cég telephelyeinek megoszlása

A Hoppenstedt Bonnier és Tsa céginformációs cég által által végzett piackutatás adatai szerint a szűken vett mikroelektronikai szektor hazai szereplői döntően kis és középvállalkozások, akik a multinacionális cégek 18

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. beszállítói, azok alvállalkozói. A referenciával, több éves tevékenységgel rendelkező cégek által foglalkoztatottak száma 2008-ban 28500 fő körüli, árbevételük 72,8 Mrd Ft volt. Az általuk jegyzett cégek száma alig haladja meg az 500-at, fotovillamos rendszerekkel kiegészítve a 600-at.

6. ábra A Delphi felmérés eredménye a lehetőségeket és hasznot tekintve

Az IMNTP által 2009-ben elvégzett Delphi felmérés alapján (http://www.imntp.hu/index.php?pg=menu&id=40) elmondható, hogy Magyarország jövőképét nem a jelenlegi összeszerelés jellegű fejlesztések kell hogy jelentsék, hanem a nagy hozzáadott értéket jelentő saját fejlesztések, melyeket az oktatás színvonalának drasztikus emelésével és világos kormányzati támogató politikával lehet elérni. Egy magyar foundry (külső tervek megvalósítására specializálódott szelettechnológiai bázis) létesítése központi forrásból nem, de magántőke bevonásával segítheti középtávon a fenti elmozdulást.

3.2.3 A jelenlegi gazdasági helyzet A globálissá vált pénzügyi válság reálgazdasági hatásainak kibontakozásával a magyar gazdaság teljesítménye tovább csökkent. A bruttó hazai termék (GDP) második negyedévi részletes adatai szerint a gazdaság teljesítménye a második negyedévben – a múlt év azonos időszakához viszonyítva – 7,5%-kal csökkent. A nagyvállalatok 77%-os exportrészesedését jelentős mértékben két ágazat határozza meg: a villamosgép-, műszer-, valamint a járműgyártás, ezek együtt a kivitel 58%-át biztosítják. Az ipari ágazatok közül a meghatározó súlyú gépipari ágazatokon belül a termelés közel egyötödét adó járműgyártás esett vissza legnagyobb mértékben (37,4%), nagyobb részt az exportkereslet 19

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. csökkenése miatt, általánosságban a visszaesés az ipari ágazatokban 18,5%. (Forrás: KSH Gyorsjelentés 2009/7, portal.ksh.hu/pls/ksh/docs/hun/xftp/gyor/jel/jel20907.pdf) A gazdasági recesszió a hazai kutatási-fejlesztési tevékenységben 2008-ban nemzetgazdasági szinten nem éreztette hatását. A kutató-fejlesztő helyek száma ugyan kissé csökkent, de az ösztönző politikának is köszönhetően a K+F-ráfordítások a 2007. évit lényegesen meghaladták. 2008-ban összesen 266,4 milliárd Ft-ot költöttek az országban ilyen célra, ami 8,4%-kal több az előző évinél. A ráfordítások emelkedésének köszönhetően annak GDP-hez viszonyított aránya is nőtt, és elérte az 1%-ot, ami az elmúlt 15 évben mindössze háromszor, 1993-ban, 2002-ben és 2006-ban fordult elő. 2008-ban 2821 kutató-fejlesztő hely volt Magyarországon, 19-cel (0,7%-kal) kevesebb, és változatlanul a műszaki tudományok területén tevékenykedett a legtöbb (794) kutatóhely, a kutatóhelyek száma az ipari szereplőknél kis mértékben (2,3%) nőtt. (Forrás: KSH éves jelentés, Kutatás és fejlesztés, 2008, portal.ksh.hu/pls/ksh/docs/hun/xftp/idoszaki/tudkut/tudkut08.pdf)

3.2.4 Hálózatosodás Korszerű alkalmazásokat erősen határterületi kérdésekben lehet találni, melyek speciális mikro- és nanoelektronikai tudást igényelnek. Éppen ezért más – kitörési pontokat kereső - szektorok stratégiai elképzeléseit is folyamatosan figyelemmel kell kísérni. Erre ad lehetőséget a 2003 óta szerveződő nemzeti technológiai platformok és akkreditált innovációs klaszterek hálózatával, valamint az olyan társszervezetekkel kiépített együttműködés, mint az Informatikai Vállalkozások Szövetsége (IVSZ, www.ivsz.hu) Elektronikai Tagozata, vagy a Magyarországi Elektronikai Társaság (MELT, www.melt.hu). Az alkalmazhatóság, eladhatóság, a fizetőképes felvevőpiac kulcskérdés. Éppen ezért olyan interdiszciplináris területeken (is) várhatók kiemelkedő eredmények, melyek 2-3 platform stratégiájához is kapcsolódnak. Pl. invazív egészségügyi monitorozó/beavatkozó eszközök esetén a mikrotechnológiára (IMNTP, www.imntp.hu), egészségügyi rendszerek ismeretére (eViTA Platform, evita.njszt.hu), beágyazott rendszerek tudására (ARTEMIS Platform, http://www.ivsz.hu/engine.aspx?page=artemis-magyar) és akár innovatív gyógyszerekre is szükség van ugyanazon terméket tekintve. A meglévő Platformok közötti szorosabb együttműködés elősegítheti ezeket a tudásintenzív fejlesztéseket.

20


7. ábra A hazai platformokkal kiépített együttműködés az IMNTP-hez kapcsolódó jelzett témakörökben, melyek multidiszciplináris fejlesztéseket tesznek lehetővé

AZ IMNTP tevékenységét érintő akkreditált innovációs és fejlődő klaszterekkel a kapcsolatok kiépítése folyamatban van. Megtörtént a kapcsolatfelvétel és a lehetséges projektek felmérése a az alábbi klaszterek esetén: •

Magyar Anyagtudományi és Nanotechnológiai Klaszter (www.miskolcholding.hu/fejlesztesek/gazdasagfejlesztes/mano_klaszter)

•

Pannon Autóipari Klaszter (PANAC) – NTPCrash (www.autocluster.hu)

•

Pannon K+F+I+O Klaszter (www.pannonpolus.hu)

További együttműködés reményében az alábbi klaszterekkel is kapcsolatot tervezünk: •

3 P Műanyagipari, Csomagolástechnikai, Nyomdaipari Klaszter (www.3pklaszter.hu)

•

ArchEnerg Regionális Megújuló Energetikai és Építőipari Klaszter (www.archenerg.hu)

•

Első Magyar E-közigazgatási, Informatikai és Innovációs Klaszter (ekiik.oldal.biz)

•

EnIn Környezetipari Klaszter (www.enin.hu)

•

Goodwill Biotechnológiai Klaszter (www.goodwillcluster.com)

•

Magyar Medikai Gyártók és Szolgáltatók Klaszter (www.mediklaszter.eu)

•

Mobilitás Multimédia Klaszter (www.mmklaszter.com)

•

Omnipack Első Magyar Csomagolástechnikai Klaszter (www.clusterpack.hu)

•

Orvosi Biotechnológiai Innovációs Klaszter (www.obik.hu)

•

Pécsi Egészségipari Innovációs Klaszter (www.pbkik.hu) 21

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. •

PharmacoFood Klaszter

•

Pharmapolis Debrecen Innovatív Gyógyszeripari Klaszter (www.farmapolisz.hu)

•

PHARMAPOLIS Életminőség Klaszter (www.pharmagoraklaszter.eu)

•

Szennyvíz-technológiai Innovációs klaszter

•

Szoftveripari Innovációs Pólus Klaszter (www.infopolus.hu)

3.2.5 Az oktatás helyzete a szakterületen A szakterületi MSc. mérnökképzés bázisa a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikus Eszközök Tanszék (www.eet.bme.hu) és az Gyártástudomány és Technológia Tanszék (www.manuf.bme.hu). Fontos a szerepe a szakember-képzésben, elsősorban a kutatói utánpótlás biztosításában a BME Temészettudományi Kar mérnök-fizikus képzésének is. A BMF Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kara (kvk.bmf.hu) BSc. szinten ugyancsak kiemelt feladatot lát el. Újabban interdiszciplináris felsőoktatási szereplőként belépett a szakterület utánpótlás-képzésébe a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Műszaki Informatikai Kara (www.itk.ppke.hu), és a Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kara is (www.uni-pannon.hu). Általános probléma viszont a gyér jelentkezés a „nehéz tanulmányokra”. Magyarországon az egyetemi, főiskolai hallgatók csupán tíz százaléka tanul reálszakon, miközben az OECD átlag huszonöt százalék körül van, a távol-keleti országokban, például Szingapúrban meghaladja a negyven százalékot! A felsőoktatás jóval kevesebb szakembert, mérnököt bocsát ki, mint amennyire, és amilyenre szükség lenne. A hozzánk méretben hasonló, ám a műszaki-technológiai iparágakban vezető országok, mint Finnország, Írország vagy Izrael, de még Portugália is folyamatosan az oktatásba ruháztak be, hogy az élre kerülhessenek, és hogy hosszútávon sikeres lehessen az ország. Érthetetlen, miért nem látja a politika a tudásalapú iparágakban azt a kitörési pontot, amire alapozva hosszútávon lehetne sikeres Magyarország? Az okok sajnos mélyebbek: a közoktatás gyenge és egyre romló színvonalában, a természettudományos tárgyak oktatásának alacsony minőségében, a felsőoktatás zavaraiban, a politikai párbeszéd és megállapodási készségének a teljes hiányában rejlenek. Ma már nem arról van szó, hogy ma vagy holnap nem lesz elég mérnök Magyarországon, hanem, hogy évtizedes távlatban nem lesznek elegen, hiszen az azonnali kezdeményezések eredménye is csak 10-15 éves átfutási idővel jelentkezik Az OECD legutóbbi Magyarországról szóló innovációs ország jelentésének a legfontosabb ajánlásai, hogy • a kormányzati keretrendszereket, alaprendszereket rendbe kellene rakni, • az oktatás ügyét kellene egyenesbe hozni és egyfajta innovációt segítő irányba átállítani, ahol a mérnök- és a természettudományi képzés megerősödhet. Ellenkező esetben Magyarország végleg lemarad a nemzetközi versenyben. 22


4. Stratégiai kutatás-fejlesztési terv A hazai mikro/nanoelektronikai K+F erősen beágyazódott az európai kutatási térségbe, eredményei így nem csak hazai vonatkozásban, de együttműködések révén elsősorban európai szinten hasznosulnak. Ezért szükséges a hazai törekvéseket az európai elképzelésekkel, koncepcionális megközelítéssel harmonizálni. Az ENIAC JU többéves kutatás-fejlesztési elképzeléséhez hasonlóan készítette el az IMNTP a Magyarországra vonatkozó többéves stratégiai kutatásfejlesztési tervet. A terv elkészítését a hazai prioritásokra vonatkozó kérdőíves felmérés előzte meg, a kérdéseket a Tudományos Tanácsadó Testület készítette el és az IMNTP Közgyűlése hagyta jóvá. A K+F terv esetén a piaci szempontok, társadalmi hatások és technológiai kihívások lényegében megegyeznek az uniós stratégia részével. A magyar stratégiai terv prioritásai az alábbi kiemelt területeket tartalmazzák: A. Mikro- és nanoelektronika a gyógyászatban (diagnosztika és terápia), egészség megőrzésben és a biztonságért; B. Mikro- és nanoelektronika a mobilitásért, energetikában és a környezet-védelemben;

szállításért,

az

C. Tervezési és ellenőrzési módszerek, berendezések és műszerek a mikro- és nanoelektronika számára. Az európai SRA ezeken felül tartalmazza további prioritásként a Mikro- és nanoelektronika a kommunikáció számára valamint a Mikro- és nanoelektronika a hírközlés és a szórakoztatóelektronika (infotainment) kategóriákat is. Magyarországon (hasonlóan Európa legtöbb országához) nincs meg azonban az erre vonatkozó kutatás-fejlesztési és innovációs háttér, ezért ezeket a területeket az IMNTP stratégiában nem tartjuk kiemelten fejlesztendőnek.

23


A.) Mikro- és nanoelektronika a gyógyászatban (diagnosztika és terápia), egészség megőrzésben és a biztonságért

Társadalmi igények és piaci szempontok Európai társadalmunk jobb egészségre és az egészség megőrzésére irányuló törekvése összetettebb eszközöket és módszereket igényel, hogy megfelelő életminőséget biztosíthasson egy várhatóan öregedő népességben. A demokratizálódó modern társadalmakban minden egészség-biztosított állampolgár elvárhatja, hogy egészség megőrző és állapot-monitorozó rendszerek álljanak a rendelkezésére, és szükség esetén a legújabb gyógyító eszközökkel és eljárásokkal kezeljék. Mindez – a jelenlegi technológiai és szervezési színvonal mellett - egyre nagyobb kiadást jelent a gyógyítást finanszírozó szervezetek számára, és szorgalmazza a magas technológiai színvonalat képviselő, hatékony, de ugyanakkor olcsó módszerek/eszközök kifejlesztését. Az egészségügyi szektor funkcióinak egész körére kiterjedő információs és kommunikációs technológiák (ICT) alkalmazását összefogó e-Health jelentősen hozzájárulhat a magas színvonalú egészségmegőrzés és gyógyítás feladatainak megoldásához. Becslések szerint, 2010-re az e-Health fejlesztésüzemeltetés az EU tagállamok teljes egészségügyi költségvetésének 5%-át igényelheti. Az orvosi kezelésre, korai diagnosztizálásra, megelőzésre, valamint az állapotmonitorozásra szolgáló berendezéseket és szolgáltatásokat összefogó információs rendszerek kialakításával, ugyanakkor már a közeli jövőben jobb megelőző, gyógyító hatékonyság érhető el, jelentősen alacsonyabb költségek mellett. Az eHealth fejlődése, a társadalmi elvárások és a piaci meggondolások is egyértelműen jelzik, hogy a gyógyítás–megelőzés modern eljárásai egyre növekvő mértékben fognak személyre-szabott szenzorokat és egyedi elektronikai megoldásokat – személyre szabott orvoslást - alkalmazni. Ez önmagában az integrált mikroáramkörök, nano- és mikro-rendszerek új piacát nyitja meg, amely a következő években, várhatóan, jelentős mértékben növekedni fog. A nano- és mikrotechnológiai eredményei révén eddig elérhetetlennek látszó, miniatürizált detektorok és effektor-berendezések állíthatók elő, egészségügyi/szakmai centrumoktól távoli helyeken is működtethető „laboratóriumi” mérő- és képalkotó eszközök, valamint új elveken alapuló mintavételi, mérő és hatóanyag-beviteli eljárások fejleszthetők. A mikro- és nanotechnológia segítségével az eszközök mérete (anyagigénye) jelentősen csökkenthető. Alapvetően új, érzékeny és sok esetben meglepően olcsó eljárások alakíthatók ki. Az alkalmazás-specifikus nanoelektronika használata nagy fejlődési lehetőséget ígér az egészségügyi ellátásban, a preventív egészséggondozásban és az életminőség javításában. A klinikai személyzet számára kialakított beteg- és terápia-specifikus eszközökön túl, a polgárok is elláthatók hatékony, könnyen használható és olcsó diagnosztikai eszközökkel, amelyek mind a preventív orvoslás (pl. környezet- és élelmiszerellenőrzés vagy 24

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. korai betegség-felderítés révén), mind a krónikus kezelések (pl. a folyamatos állapot-monitorozás révén) lehetőségeit növelik. A korszerű bioszenzorokkal, bioeffektorokkal és kommunikációs technológiákkal kialakítható a távoli betegfelügyelet, amely nagy minőségjavulást és költségmegtakarítást is biztosíthat az elhúzódó gondozást igénylő betegségek kezelésében, az egészségügyi centrumoktól távoli térségekben és az egyre idősödő össznépesség ellátásában. A statisztikák azt mutatják, hogy sokkal biztonságosabb világban élünk ma, mint akár egy-két évtizeddel ezelőtt, mégis állandó az igény a biztonság növelésére életünk szinte minden vonatkozásában. A biztonság az információs társadalom egyik nagy kihívása, miközben hatalmas mennyiségű adat forog és tárolódik az egész világban, amely bárhol és bármikor elérhető. Világos, hogy a biztonság nem csak önmagában alkot egy nagy piacot, de sok más alkalmazásnak és kapcsolódó szolgáltatásnak az előfeltétele. Napról napra világosabb, hogy ha nem vagyunk hajlandóak "fizetni a biztonságért", a végfelhasználók el fogják kerülni az új szolgáltatások használatát amikor nem kapják meg az megfelelő bizalmi szintet az egész láncban. A biztonság az automatikus rendszerek hibatűrése és hibaelkerülése. Ezzel párhuzamosan növekszik szerepe a beépített eszközökkel szembeni általános követelményként is, minthogy ezek sok olyan kritikus alkalmazásban szerepelnek, amelyek közvetlenül vagy közvetve emberéletet is érintenek, a gyógyászattal kapcsolatos eszközök, szállítási rendszerek, stb. A biztonság témakörébe tartozik annak a vizsgálata is, milyen hatással vannak a mikro- és nanoelektronikai fejlesztések a környezetükre, és az emberre. A nanobiztonság (nanosafety) kiemelt európai prioritás. A nanoeszközök és anyagok hatásai közép és hosszútávon a legtöbb esetben nem ismertek.

Alkalmazási területek •

A javított bioszenzorok lehetővé teszik több betegség korai diagnosztizálását könnyen hozzáférhető biológiai minták (vér, nyál, stb.) "in vitro" elemzésével vagy kívülről mérhető (pld. szív / érrendszeri, légzési) paraméterek "in vivo" felügyeletével. Olcsó monitorozó rendszerek segítségével egyes betegségek diagnosztizálhatók a súlyos, életminőséget rontó tünetek megjelenése előtt és a megelőzést célzó beavatkozások időben megindíthatók. Hasonló vizsgálatok „kiszűrhetik” azokat az egyéneket, akik bizonyos betegségekre fogékonyak, lehetővé téve, hogy olyan megelőző programokban vegyenek részt, amelyek a betegség bekövetkezését késleltethetik vagy elháríthatják. A költséghatékony eszközök segíthetik ezen eljárások széleskörű elterjedését a mindennapi orvosi gyakorlatban ("doktor a zsebben").

•

Miniatürizált, intelligens - integrált szenzor-effektor – berendezések biztosíthatják az orvosi beavatkozás hatékonyságának jelentős javulását, a káros mellékhatások csökkenését. o Intelligens automatizált gyógyszer-célbajuttató rendszerekkel a hatóanyagok célzott helyen, jól kontrollált koncentrációkban alkalmazhatók. 25

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. o A valós időben történő, egyedi gyógyszerreakciók vizsgálata lehetővé teheti a terápia egyénre hangolását és csökkenti a mellékhatásokat. o „Okos” eszközök (pl. intelligens impedancia változtató sebtapasz) a lokális gyógyulási folyamat monitorozásával és a nyert adatok automatikus felhasználásával segíthetik a lokális gyógyulási folyamatokat. o Kisméretű, integrált szenzor-stimulátor egységek az egyén pillanatnyi állapotára hangoltan, időben és térben megfelelő stimulusokkal tarthatnak fenn létfontosságú (szív, agy-, izom-) működéseket, és távlatokat nyitnak az „intelligens protézis” fejlesztés számára. Ilyen eszközök segítségével elvesztett végtagok vagy hiányos érzékszervi működés esetén is elfogadható életminőség biztosítható a beteg számára. A nanoelektronika forradalmasítja a pótlástant olyan biobeültetésekkel, amelyek legalább részlegesen helyreállítanak látási vagy hallási működéseket, vagy olyan központi idegrendszeri protézisekkel, amelyek a bénult beteg számára is lehetővé teszik a külvilággal való kapcsolat-tartást. •

A képfeldolgozó eljárások és eszközök további fejlesztésével olyan célzott terápiák válhatnak mindennapos gyakorlattá, amelyek a megbetegedett szövetek specifikus, lokális gyógyítását vagy megsemmisítését biztosítják, csökkentve a beavatkozás káros következményeit, a gyógyulás időtartamát, és mindezek mellett, költségigényét is. o A miniatürizált és képalkotó lehetőségekkel ellátott eszközök segítségével sok terápia és diagnosztikus mintavétel válhat behatolás-mentessé vagy minimálisan behatolóvá. A nem-invazív eljárások terjedése egyre több betegség esetén növeli a teljes felgyógyulás esélyét, miközben jelentősen csökkenti a gyógyulási időt, és a gyógyítási költségeket.

•

A szenzor-technológia és az információt továbbító rendszerek fejlesztésével távmonitorozó hálózatok alakíthatók ki. A távoli betegfelügyelet kedvez az otthoni terápiáknak, és - jelentős anyagi megtakarítás mellett - megkönnyíti az idős emberek és elhúzódó orvosi kezelést igénylő betegek felügyeletét.

•

A nanoelektronika hatalmas párhuzamosítási és teljesítménynövelési potenciálja közvetlenül hasznosul az elemző és kutatólaboratóriumokban. Nagyságrendekkel hatékonyabb eszközöket biztosítva gyorsítja az orvos-biológiai alapkutatást, új egészséggondozási és gyógyító eljárások kialakítását, hatóanyagok gyógyszerpotenciáljának szűrését, és a modern biotechnológiai eljárások gyakorlati alkalmazásba vitelét.

•

Komoly kereskedelmi potenciált jelenthetnek a szenzorok, bioszenzorok környezet analitikai, környezet diagnosztikai alkalmazásai is. Az egészségre veszélyes anyagok monitorozása, hatóanyagok kimutatása (esetleg eltávolítása) az ivó- és szennyvízben, valamint a levegőben és a talajban. 26


Lehetőség van ezeknek a szenzoroknak az élelmiszeripari alkalmazásaira, a gyártási folyamat és jellemzően a csomagolástechnika területén. Hatékony eljárások és alkalmazások fejleszthetők az élelmiszer gyártásközi mérési és minősítési feladataira továbbá az intelligens csomagolásra, melyek a készítési és tárolási viszonyokra és a mikrobiológiai változásokra reagálnak, azt a gyártó és/vagy a fogyasztó számára jelzik.

A biztonság a személyes szükséghelyzetek és otthoni biztonsági rendszerek valamint a bűnözés és terrorizmus elleni kormányzat által irányított védelem iránti közigényben tükröződik. Ez mindig társul az egyéni szabadság korlátozása nélküli személyes védelem igényével, ami azt jelenti, hogy a biztonsági rendszereknek megbízhatóknak, könnyen használhatóknak és a végfelhasználók magánéletének megőrzésére képesnek kell lenniük. A környezetintelligencia képessége az egyének azonosítására és személyes igényekre való testre szabása nagyon felértékelődik. Minden olyan fejlesztésnek óriási jelentősége van pl., amely a korábbi módszereknél biztonságosabban, rövidebb válaszidővel tud reagálni az esetleges veszélyforrásokra, azonosítja azokat, a lehető legkisebb környezeti koncentrációban. Ezt a biztonságot azokra a szabványokra és eljárásokra kell alapozni, amelyekre az európai közösségi testületek hagyatkoznak, hogy megtartsák saját függetlenségüket egyéb kontinensek szabályozásától. Ezek ún. nyitott forrású szabványokra épülnek, nem pedig egyetlen monopolszervezethez igazodnak. A fent leírt társadalmi előnyök érvényesek valahányszor élet, magánélet vagy közössége érdek forog kockán. A legidevágóbbakat írjuk le röviden: •

A legláthatóbb a fizetés. Bár az internetes vagy mobiltelefonos fizetés gyorsan növekszik, nagy fejlesztésekre van szükség, hogy ezek a rendszerek általános bizalmat élvezzenek; ezzel párhuzamosan naponta újabb típusú támadásnak vannak kitéve, amit a rendszerek tervezőinek számításba kell venniük.

•

Nagyon nagy alkalmazási potenciálja van, az e-health és az ekormányzat típusú elektronikus tranzakcióknak: a polgárok azonosítása, orvosi fájlok cseréje, adófizetés, e-szavazás.

•

A harmadik nagy terület a szállítás, ahol a biztonsággal kapcsolatos követelmények növekednek, ahogy az elektronika alkalmazása behatol gépkocsikba, vonatokba és repülőgépekbe. Különösen az autópiac követeli meg egyidejűleg a biztonságot a költségcsökkentés kényszere mellett.

•

Különösen fontos a víz- illetve a légszennyezés detektálása a védekezés mielőbbi megkezdése szempontjából, ezáltal növelve a védelem hatékonyságát. Ezek döntően szenzorikai alkalmazások, elsősorban mérgező anyagok pl. gázok vagy gőzök kimutatására.

27

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. Technológiai kihívások A közeljövőben realizálható - ma szinte utópisztikus - alkalmazások eléréséhez sok bio-, nano- és mikroelektronikai kérdést és technikai feladatot kell megoldani. •

Elméleti elemzéssel kell meghatározni - és prognosztizálni - a biomérések és orvosi beavatkozások azon célzott körét, amelyek kiemelkedő társadalmi és technológiai fontossággal bírnak. Kritikusan át kell tekinteni azokat mérési és beavatkozási elveket, amelyek alapján a mai bio-detektor-effektor rendszerek működnek, és a további fejlesztéseket a bio-tudományok és technológia érzékelhető irányvonalai mentén kell megtervezni.

•

A megfelelő elveken kialakított, már működő bio-szenzorok érzékenységét, cél-orientáltságát, megbízhatóságát javítani kell, az eszközök fizikai méretének és anyagköltségeinek csökkentése mellett.

•

A mikro/nanofluid technológiák építőelem készletét (mikroszelepek, mikrokeverők, kis áramlási ellenállású csatornák) és elméletét (pl. elektron-nedvesítés, stb.) fejleszteni kell, az ehhez szükséges tervezési módszerekkel és szerszámokkal együtt. A mikrofluidika fejlődése elengedhetetlen része a további fejlesztéseknek. Nélkülözhetetlen pl. az intelligens mérő- és adagoló rendszerek vagy egy tokba szerelt (SiP) ún. labor-a-csipen eszközök kialakításához.

•

Strukturális és funkcionális nanorészecskéket kell fejleszteni, amelyek az orvosi képfeldolgozást, bio-érzékelést, fizikoterápiát vagy célzott a gyógyszer célba-juttatást szolgálhatják.

•

Átgondolt, sokoldalú vizsgálatok szükségesek a nanorészecskék biztonságos alkalmazásához: Az élő környezetre és emberi szervezetre kiterjedő nanotoxikológiai vizsgálatokat kell előírni minden új nanorészecske piacra kerülése és alkalmazásba vétele előtt. Ehhez olyan eljárásokat kell kidolgozni, amelyek esetében a megfelelő vizsgálati spektrumok és protokoll bizonyítja, hogy az adott nano-anyag biológiai rendszereket - egészséget és környezetet – nem károsít.

•

Valósidejű, 3 dimenziós képfeldolgozásra alkalmas, klinikai alkalmazás(ok)ra orientált, képfeldolgozó rendszereket kell fejleszteni / továbbfejleszteni. Új detektáló anyagokra, miniatürizált képfelvevő- és továbbító rendszerekre és megnövelt érzékenységű, több spektrumú, nagysebességű, dinamikus méréstartománnyal bíró, alacsonyabb zajjal működő eszközökre van szükség.

•

Hordozható és beültethető, vezeték nélküli biodetektor-effektor rendszereket kell kialakítani, amelyek szervezetre gyakorolt maximális hőterhelése az emberi testre róható lokális terhelést nem haladja meg.

•

A beültetett szenzorok és protézisek tápellátása távtáplálási technikák (pl. RF), energiagyűjtő megoldások vagy mikro-(bio)fűtőelem cellák kifejlesztését igényli

•

A bioszenzorok/bioeffektorok fejlesztésénél külön kihívást jelent a biológiai anyag határfelületeken való viselkedésének megértése. Olyan felületeket és eljárásokat kell kidolgozni, amelyek kedvező irányban befolyásolják az élő – nem élő határfelületeken zajló reakciókat és ezzel megakadályozzák mérési és effektor-funkciók torzulását. 28


A rendszerintegrálás problémáinak megoldása összehangolt, interdiszciplináris kutatást / fejlesztést igényel. A miniatürizált tokban különböző technológiákkal előállított funkcionális egységeket kell összeépíteni; ki kell dolgozni a mintavétel, minta-koncentrálás, eredmény-leolvasás és értékelés eszköz-specifikus protokolljait.

•

Kommunikációs protokollokat kell kifejleszteni heterogén, vezeték nélküli szenzorhálózatokon belül és azok között a táv-felügyelet, integrált beteg ellátás és segítségnyújtás céljainak szolgálatában kórházakban, laboratóriumokban, sürgősségi segélynyújtásban, és otthoni gondozásban. Ez beágyazott szoftverek kifejlesztését is igényli.

•

Komoly műszaki kihívás a bonyolult, heterogén rendszerek megbízhatóságának biztosítása: meghibásodás lehetőségének minimalizálása a cél a rendszer egész élettartama alatt.

A biztonság soha nem érhető el egyetlen technikai elemmel, hanem csak megfelelő architektúrában levő technológiáknak koherens kombinációjával. A nanoelektronika fogja biztosítani a szükséges kódoló és érzékelő eszközöket olyan megbízhatósággal, és olyan költségszinten, ami lehetővé teszi a biztonság beépítését környezetünk szerkezetébe. A kapcsolódó biztonsági rendszerek két csoportba oszthatók. •

Olcsó személyi szükséghelyzeti és otthonvédelmi rendszerek, amelyeket a fogyasztók megengedhetik maguknak

•

Nagy teljesítőképességű, nagyhatékonyságú rendszerek olyan alkalmazásokra, mint a bankműveletek, útlevél és egyéb azonosító kártyák, nyilvános infrastruktúra, szállítás, távközlés és egyéb biztonságkritikus rendszerek. Az ebben a második csoportban levő alkalmazások a biztonságos hozzáférést és a gyorsan növekvő ekormányzatot célozzák meg, amelyben szenzorok, intelligens kártyák és ID eszközök a legnyilvánvalóbb alkotóelemek.

Javasolt hazai alprioritások, projektek •

•

Bioszenzorok, bioeffektorok, integrált mikro rendszerek fejlesztése o In vivo, ex vivo és in vitro klinikai bioszenzorok o Bio-anyagot detektorként integráló – de nem biológiai paramétereket (is) detektáló – bioszenzorok, mérések, mérési protokollok bioszenzorokkal; o Élő szervezetbe implantálható biostimulátorok, intelligens protézisek o Az eszközök kommunikációs rendszerbe kapcsolása, tesztelése; Biokompatibilis anyagok, határfelületek implantált integrált eszközökben o Biokompatibilis anyagok, fém, oxid, polimer tartalmú nanokompozitok kialakítása; (implantátumok, tokozás) o Határfelületek fizikai, kémiai, biológiai funkcionalizálása; biológiai anyagokkal, a határfelületi reakciók, tapadási és gyógyszermegkötési tulajdonságok vizsgálata szövetekkel, sejtekkel, makromolekulákkal és hatóanyagokkal; 29

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. o a hosszútávú biokompatibilitás feltételeinek meghatározása; eljárások a biokompatibilitás ellenőrzésére o „Bio-hasonlóságon alapuló”, élő interfészekre kémiailag és morfológiailag is hasonló felületek alkalmazása •

Mikrofluidika és mikrofluidikai rendszerek fejlesztése

•

Orvosi célra alkalmazott fizikai, kémiai és biológiai autonóm szenzorok/effektorok tápellátási kérdéseinek megoldása (pl. thermopile hőelemmel, valamint a mozgási energia hasznosításával.)

•

Nanotechnológiával előállított gyógyszer-hordozók, diagnosztikus jelölő anyagok, detektor-anyagok fejlesztése; o Nano-részecskék előállítása, funkcionalizálása orvosi, biológiai alkalmazásokra o Természetes anyagok használatán alapuló, terápiás célra alkalmazható bioneutrális nanorészecskék előállításának kutatása o Újszerű mikroszkópos leképező és képfeldolgozó eljárások

•

Laboratóriumi diagnosztikai és gyógyszerfejlesztésre alkalmas mérőeszközök o Array típusú biomolekula-detekció (biocsipek); o Sejt-alapú, nagy áteresztő képességű, hatóanyag vizsgáló szenzor-tálcák o A fent felsorolt eszközök gyártására és minősítésére szolgáló új módszerek ás eljárások kifejlesztése ill. továbbfejlesztése

•

Optikai, plazmonikai kiolvasási elvű érzékelők fejlesztése (beleértve nanoszemcsék önszerveződő kialakítását)

•

Bioérzékelők fejlesztése elsősorban robbanóanyagok, kábítószerek nanomennyiségű kimutatására

•

Biztonságos élhető környezet: vízminőség és környezeti monitorozás céljára szenzorok és telemonitorozó rendszerek fejlesztése

•

Új tervezési és tesztelési módszerek nagy megbízhatóságú rendszerek kifejlesztéséhez

•

Nanotechnológiával előállított nyomdafestékek és detektálási eljárások fejlesztése biztonsági nyomatokhoz;

•

Nanotechnológiával előállított biztonságtechnikai jelölési technikák és detektálási módszerei nagyértékű termékek hamisításának megakadályozására.

•

Nyomdatechnikai előállításában.

•

RF ID alapú gépkocsi rendszám és forgalmi engedély fejlesztése

•

Nano-részecskék élettani, toxikológiai hatásai, nano-biztonság, érintkezés a nano-objetumokkal, biztonsági szabályzási kérdések

eljárások

alkalmazása

mikro-nanorendszerek

30


B.) Mikro- és nanoelektronika a mobilitásért, szállításért, az energetikában és a környezet-védelemben Piaci szempontok A mobilitás és a biztonság nyilvánvaló társadalmi igények a jövő intelligens útjaival szemben. Miközben az útjaink forgalma tovább növekszik, növekvő igény lesz a biztonságra, kibocsátás-szabályozásra, üzemanyagtakarékosságra és kényelemre. Az autóipar képviseli Európa összes nemzeti termékének 3%-át és az EU közösség teljes bevételének 8%-át. Magyarországon jelenleg a közlekedés és szállítás a GDP 6%-át állítja elő. A közlekedési hálózatok építését és a járműgyártást is figyelembe véve minden tizedik munkahely érintett. (Forrás: ERTRAC Hungary Nemzeti Közúti Közlekedési Platform, www.ertrac.hu) A járműben felhasznált elektronikai alkatrészek ára mára elérte az autó értékének 20%-át (melyből 44% mikroelektronika) és ez a szám a következő öt évben körülbelül 25%-ra növekszik (a mikroelektronika még gyorsabban növekszik 55%-ra)! 2006-ban az autóipari alkatrészek piaca összességében az európai elektronikus alkatrészpiac 19%-t fedte le stabil éves 3.5%-os növekedéssel. A nanoelektronika szintén lényegesen hozzá fog járulni valamennyi szállítási mód (légi, vasúti és vízi) integrálásához, melyek jelentősen hozzájárulnak majd 2020-ra az utasszállításhoz is. Európa elektromos energiaigénye a 2003-as 3.1 millió GWh-ról 2020-ra körülbelül 3.6 millió GWh-ra növekszik az IEA (Nemzetközi Energia Egyesület) egy tanulmánya szerint a mai hatékonyságot véve alapul. Intelligens, innovatív elektronikai alkatrészek és rendszerek használatával 0,7 millió GWh takarítható meg segítve jelentősen ezzel az európai energiapolitikát és ipari versenyképességet. Az energiatermelés kérdéskörét részletesen az IMNTP fotovillamos K+F stratégiája tárgyalja. Ebben a fejezetben elsősorban az energiatakarékossághoz kapcsolódó mikroés nanoelektronikai fejlesztéseket mutatjuk be.

Társadalmi haszon Az európai szállítási rendszer Európa gazdasági és társadalmi boldogulásának fő eleme. Kulcsszerepet tölt be az emberek és javak szállításában helyi, regionális, országos, európai és nemzetközi viszonylatban. Másrészről nagy gond az energiafogyasztás és a balesetek. Európában az országúti szállítás egymagában az ásványi üzemanyagfogyasztás 21%-át és az olajfogyasztás 60%-át teszi ki. Óránként 5 halálos baleset történik és a közúti balesetek a 45 év alatti korcsoporton belüli elhalálozások fő okai. Figyelembe kell tehát venni a technológiai fejlesztést befolyásoló olyan irányelveket, mint a biztonság fokozása: 2030-ig 30%-kal kell csökkenteni a közlekedéssel kapcsolatos halálozások számát, a kockázatot intelligens rendszerekkel kell minimalizálni. 31

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. Az összes szállítási módot (légi, vasúti, országúti és vízi) összekapcsoló integrált megközelítés lényeges annak biztosítására, hogy a fenntartható és versenyképes szállítási megoldások látható és pozitív különbséget eredményezzenek Európa polgárai és ipara számára mint pl. a GreenCar projekt. Öregedő társadalomban az idős polgárok száma folyamatosan növekszik. Támogató rendszerek, vezetőfigyelés és riasztás vethető be a kor okozta képességvesztésekből fakadó hátrányok mérséklésére. Az ilyen rendszerek növelik a biztonságot valamennyi úthasználó számára, ugyanakkor kiterjesztik az idősek mobilitását és önellátó képességét. Az európai társadalomra kifejtett hatás sokféle és minden területet érinteni fog (magán, ipari és közös). A cél a természeti erőforrások és a környezet védelme Európában is fenntartható módon. Az általános cél az elavult berendezések használata és a gondatlanság miatti energiapazarlás megakadályozása. Az energia hatékony használata a következő évtized politikai, társadalmi és műszaki kihívása. A mikro/nanoelektronikai alkalmazási lehetőségekre, különösen az elektromos energia megtakarításának kihívására összpontosítva az európai fogyasztásban 20%-os megtakarítás 2020-ig elérhető. Ez csökkenti a CO2 kibocsátást ugyanilyen nagyságrendben, hogy elérjük a kyotói előírásokban kitűzött célokat és csökkenti az energiaköltség növekedését. Hatékony tápegységek és intelligens teljesítményhasználat az új termékekben akár 30%-os fogyasztáscsökkenéssel is járhat a biztonság, funkcionalitás és kényelem egyidejű növekedésével. Az európai mikroelektronikai kutatási és fejlesztési szektor hivatott arra, hogy biztosítsa az innovatív technológiákat az új energiahatékony termékek és az intelligens teljesítménykezelés alapjául. Következetes és egyesített európai szintű erőfeszítéssel adott a történelmi lehetőség az európai ipar e téren belüli vezető szerepének kiterjesztésére és a versenyképességének az erősítésére.

Alkalmazási területek A fent elvárt társadalmi és gazdasági haszon megköveteli a nanoelektronika bevezetését az autóipar minden vonatkozásában: •

Szenzorokhoz és beavatkozókhoz kapcsolódó fejlettebb motorvezérlő egységek tovább csökkenthetik az üzemanyag-fogyasztást a jelenlegi belsőégésű motorokban, lehetővé téve a 30 km/l cél elérését közepes osztályú autókra.

•

Továbbá, a teljesítményelektronika és a teljesítménykezelő egységek lehetővé teszik az elmozdulást a hibrid és azon túl a teljesen elektromos autók irányába, egyre fejlettebb energiatároló (akkumulátorok, szuperkondenzátorok) és energiakezelő rendszerekkel. Ez a folyamat várhatóan több lépéses lesz.

•

Az aktív biztonság a detektorok (félvezetős optikai és IR kamerák, ultrahangos szenzorok, radarok) használatának további növekedésével fog járni, ezek nagy teljesítőképességű logikához kapcsolódnak az akadályok valós idejű felderítéséhez és a vezető támogatásához 32


A passzív biztonság az egész autóban vagy repülőgépben szétosztva elhelyezett szenzorok növekvő használatán alapul, melyek RF-el vagy tápvezetéken keresztül kapcsolódnak össze. Közép és hosszú távon az energiagyűjtés az energia forrása.

•

A közlekedési zsúfoltság csökkenthető a fejlettebb navigációs rendszerek használatával, melyek vezetéknélküli kommunikáción és GPS-en alapulnak és adatcsere zajlik az úti infrastruktúrával vagy maguk a kocsik között. A fent leírt társadalmi haszon elérhető, ha a technológiai újításokat bevezetik az energiafogyasztás csökkentésére a funkcionalitás, teljesítőképesség és kényelem elvesztése nélkül. Ezekre hosszú jelölt-listánk van, amelyből a legidevágóbbakat írjuk le röviden: •

A jelenlegi világító rendszerek legtöbbjének meglehetősen korlátozott az energiahatékonysága; a legnagyobb rész még mindig hővé alakul. Hatalmas potenciál van az energiatakarékosságra a magánszférában, az iparban és a közintézményekben.

•

Ugyancsak nagy az energiaveszteség az elektromos teljesítmény mozgássá alakításában, legyen az ipari gépekben, autókban, vagy a magánháztartásokban használt motorokban, mint a mosógépek, szivattyúmotorok, stb.

•

A harmadik nagy energiapazarló az elektromos energia-ellátás és átalakítás. Példák erre a tápegységek, amelyeket a hordozható számítógépekben, mobil telefonokban és TV készülékek, felvevők és számítógépek készenléti kapcsolóiban használnak.

•

Az elektronikus berendezések is sok alkatrészt használnak, amelyek optimalizálva vannak a teljesítmény és ár tekintetében, de nincsenek optimalizálva az energiafogyasztás tekintetében.

Technológiai kihívások •

A belsőégésű motorok hatékonyságának növelése és a szennyezés csökkentés fejlett mechatronikát igényel az üzemanyag és levegő vezérlésére, a hozzájuk kapcsolódó alacsonyköltségű szenzorokkal és nagyon hatékony számítási egységekkel, amelyek a legfejlettebb CMOS technológián alapulnak.

•

A hibrid és teljesen elektromos járművek teljesítményelektronikát, kifinomult és megbízható teljesítménykezelő rendszereket igényelnek, amelyek képesek ellenállni a nagy feszültség- és áramlökéseknek annak érdekében, hogy a teljesítményelosztást irányítsák a motor(ok), akkumulátorok, szuperkondenzátorok és külső tápforrások között. Ugyanezek az alapvető technológiák alkalmassá tehetők ipari alkalmazások teljesítménykezelésére és a megújuló források, főleg napelemek, hasznosítására.

•

A megnövekedett biztonság számos, az autóba beépített szenzort igényel optikai és radar szenzorok mellett, amelyekhez nagysebességű, kis költségű adattárolás és feldolgozás kapcsolódik az ütközések elkerüléséhez. 33


Elosztott szenzorhálózatok, melyek RF-en keresztül kommunikálnak és energia összeszedéssel oldják meg tápellátásukat, erősen csökkenthetik az autó súlyát és költségeit és számos más szegmensben is alkalmazhatók lesznek ide értve a repülést és a nagy szerkezeteket, mint az épületek és hidak. A megbízható szenzortechnológián és energiagyűjtő forrásokon felül szükség lesz nagy teljesítőképességű, kis fogyasztású logikára a szenzorokból történő adatgyűjtéshez és adatkezeléshez, valamint alacsony költségű RF CMOS technológiára.

•

Az autóipari és repülési alkalmazások elektronikai rendszerei mindegyikének nagyon szélsőséges környezeti körülményeknek kell ellenállnia, ide értve a magas hőmérséklete, nedvességet, rezgést, folyadékszennyezést és elektromágneses kompatibilitást. Az autóipari rendszerek biztonságkritikus természete hosszú élettartamot és rendkívül nagy megbízhatóságot követel, amelynek mércéje egy-amilliárdból a mai egy-a-millióból helyett.

•

A vezetősegítő rendszerekhez való nagy teljesítőképességű logika költségének csökkennie kell a széles körű elfogadáshoz az energiafogyasztás csökkentése és a magasabb frekvenciájú működés mellett az élvonalbeli CMOS technológia fejlesztésével.

Hogy lehetővé tegyük az innovatív energia-hatékony termékek kifejlesztését a fent említett alkalmazási területeken, és hogy optimalizáljuk magát az energiaátalakítást, kutatást és fejlesztést kell végezni - több szinten - a következő technológiai igényeket illetően: •

Innovatív rendszerek és architektúrák a teljesítményelektronikában a hatékonysági tényező optimalizálására. Ezek a rendszer szintű technológiai kihívások közvetlenül az első három leírt alkalmazásra vonatkoznak: vezérelt hajtások, világítás és intelligens tápellátás, valamint készenlétkezelés.

•

Heterogén rendszerintegrálási technológiák nagyteljesítményű modulokra és rendszer-egy tokban (SiP) technológiák, amelyek a nagy áram, feszültség, hőmérséklet valamint ESD, EMC terhelési és robusztussági szempontokat vesznek figyelembe (a nagyteljesítményű moduloktól az egy tokba szerelt nagyteljesítményű rendszerekig - SiP). A kihívás itt az, hogy a teljesítményelektronikai eszközöket használhatóvá kell tenni ipari alkalmazásokra és/vagy nehéz körülmények közti alkalmazásokra, mint a szállítás (pl. egy autó vagy egy nagysebességű vonat motorja). Ezen a területen komoly hazai know-how áll rendelkezésre.

•

Teljesen új vagy feljavított félvezető technológiák, amelyek a csúcstechnológiai tudást használják a kis energiafogyasztásra és kibővített élettartamra (pl. nagyfrekvenciás és kisveszteségű kapcsolás, digitális teljesítménykonverzió)

•

Új félvezető anyagok, mint a SiC, AlN vagy GaN, vékony szubsztrátumok és összekötő anyagok a teljesítmény javítása és a költségek csökkentése érdekében.

•

Szupravezető nanoanyagok fejlesztése, alacsony hőmérsékleten működő transzformátorok számára: új lendületet kap a nanotechnológia 34

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. fejlődésével is, mivel így a szintézis új útjai nyílnak meg, továbbá elérhetővé vált a flexibilisebb kompozit szintézis is.

Javasolt alprioritások, projektek •

Járművek rendszereinek elektronikus monitorozása és szabályozása (elektronikus érzékelő és vezérlő/működtető rendszerek) beleértve a jármű károsanyag-kibocsátás és teljesítmény monitorozását is.

•

Vezeték nélküli és autonóm szenzorok fejlesztése gépjármű biztonságtechnológiai célokra (fékrendszerek, egyéb biztonsági megoldások)

•

Tesztelési módszerek és eljárások a járművekben alkalmazandó különleges biztonsági követelmények ellenőrzésére

•

Vezetősegítő biztonsági rendszerek fejlesztése (pályaelhagyás elkerülése, követési távolság figyelése, elalvás indikátor, thermopile infra kamera)

•

A veszélyhelyzetek megelőzését illetve az okozott károk mérséklését segítő rendszerek – pl. ütközést elkerülő rendszerek fejlesztése

•

A jármű – felhasználó - környezet közötti többoldalú kommunikációt és annak monitorozását segítő eljárások

•

Hibrid és teljesen elektromos járművek energiaellátásában szerepet játszó nanoszerkezetű anyagok fejlesztése (kerámiák, katalizátorok, szerkezeti anyagok)

•

Fotovillamos technológiák (ld. külön stratégiában!) alkalmazása a járműiparban

•

Energia hatékony elektronika fejlesztése

•

Kváziautonóm áramforrások

•

irányítástechnika, ipari műszerezés, szabványos kimenőjelű távadók

•

Komplex tervezési és tesztelési módszerek kifejlesztése multifizikai rendszerek számára

•

Nanostruktúrák a világítástechnikában o nano-fényporok kutatása a hatásfok és a színminőség további javítása céljából o Elektron-emisszió javítása kisülő-lámpák elektródjainál a nanoszerkezetű emissziós anyagokkal o Nanostruktúrák létrehozása a fénykicsatolás (nanofotonika) javítására; o Szilárdtest világítás és annak műszertechnikai fejlesztése

•

Nanoszerkezetek egyéb alkalmazásban o nanostruktúrák alkalmazása thermopile áramforrásoknál o nanorobotok előállítása (energy harvesting) o energiaellátásban szerepet játszó nanoszerkezetű anyagok fejlesztése (kerámiák, katalizátorok, szerkezeti anyagok) 35

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. o Nanoanyagokból felépülő szupravezető kompozitok fejlesztése elektromos hálózatokban való alkalmazások céljára o Kompozit rendszerek előállítása szupravezető nanoanyagokból és elektromosan vezetőkből, ún. szupravezető drótok

36


C.) Tervezési és ellenőrzési módszerek, berendezések és műszerek a mikro- és nanoelektronika számára Piaci szempontok Európának erős a pozíciója a bonyolult IC rendszerek modellezésében, szimulációjában és topológiai tervezésében, ami jól megoszlik az iparban, ideértve a KKV-ket, kutatási központokat, egyetemeket. Több mint 300 szelettechnológia nélküli (fabless) vállalat és tervezőház van Európában összesen egymilliárd € éves bevétellel. Nagyszámú európai országban működnek, jóllehet sűrűségük legnagyobb az Egyesült Királyságban. A tervezők alkotják a félvezető vállalatok K+F személyzetének nagy részét. Az iparban, nem számítva a szoftvertervezést és rendszerarchitektúrát, melyeket az ARTEMIS JTI fed le, az IC tervezés területén érintett mérnökök teljes száma valószínűleg eléri a 15.000-et. Európának nincs nagy tervezésautomatizálási EDA (Electronic Design Automation) ipara, de sok kisebb kezdeményezés van jelen, melyek többnyire egyetemekből és kutatóközpontokból induló új vállalkozásokból származnak. A nagyobb US EDA vállalatoknak fejlesztési központjai vannak Európában, így Magyarországon is, melyeket gyakran Európában indult vállalkozások felvásárlásával alapítanak. Az átmenet a mikroelektronikából a nanoelektronika feljövőben levő világába, a 'More Moore', 'More than Moore', 'Heterogén Integrálás' és 'Túl a CMOS-on' tématerületekkel sok lehetőséget ad az európai iparnak, feltéve, hogy képes lesz megtartani és pénzre váltani vezető pozícióját a modellezés, szimuláció és tervezés átfogó témáiban. Különösen foglalkozni kell a gyártás és tervezés egymással összefüggő folyamataival, a TCAD és a tervezés összekapcsolásával. A Tervezés Eszközök és Módszerek főleg az innovációra és termelékenységre gyakorolt befolyásukon keresztül éreztetik hatásukat. A TCAD platformok hatékony használata (berendezés-, folyamat-, eszköz- és áramköri szimuláció) 2007-ben 40%-os költségcsökkentésre vezetett a technológiafejlesztésben (ITRS Winter Conference, Makuhari, Japan, 2007. dec.) A nanoelektronikai ipart ellátó berendezés- és anyagipar tudása jelentős része az európai know-how-nak. A berendezések és folyamatok fejlesztése egyre összefüggőbbé vált aminek következtében a berendezésgyártó vállalatok gyakran alapvető műveleteket (folyamat-recepteket) is beszállítanak. A berendezéspiac erősen kompetitív piac, amely gyakran megtermékenyít egyéb csúcstechnológiai iparágazatokat is, mint például a gyógyászat és az autóipar. A szereplők palettája nagyon változatos, nagy multinacionálisoktól az egyedi termékű kisvállalatokig. A berendezés- és alkatrészszállítók gyártási hierarchiája egy másik dimenziót ad az említett első csoportnak. Összesen több mint 300 vállalat érintett közvetlenül és jelentősen a félvezetőkben, több mint 250 tisztaszobát támogatva Európában. A K+F tevékenységek összekapcsolása a tömegtermeléssel és a tőkeerős gyártókkal komoly hatással van a fejlődő ökorendszerekre. Európa képessége arra, hogy fenntartson és fejlesszen egy hasznot termelő és konzisztens gyártóbázist, alapvető stratégiai jelentőségű mind gazdasági mind politikai szempontból.

37

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. Az IC gyártáshoz nélkülözhetetlen a megfelelő metrológiai bázis megléte. Ebbe számos műszer értendő bele: analitikus laboratóriumi eszközök a kutatásfejlesztés és a gyártás háttértámogatására, at-line (gyártósor melletti) mérőműszerek a kereskedelmi eszközök gyártására nem használt, csupán folyamatellenőrzési céllal feldolgozott ún. monitor szeletek mérésére, és in-line (gyártósorba illesztett) mérőberendezések az éles eszközöket tartalmazó Siszeleteken kialakított teszt-területek rutinszerű mérésére. Az at-line eszközöknek képesnek kell lenni nagy sebességgel teljes szeletek térképezésére, míg az in-line eszközöknek gyorsan azonosítania kell a néhányszor tíz mikron nagyságú tesztstruktúrákat, és ezeken elvégezni a megfelelő méréseket. Ez a terület hagyományosan magyar csúcstechnológiai sikerágazat, feltétlenül prioritást érdemel.

Társadalmi haszon A tervezési eszközök és módszerek ún. lehetőségteremtő (enabling) kulcstechnológia, közvetlen társadalmi hatása arra a képességére korlátozódik, hogy magasan képzett állásokat teremt és előmozdítja az innovatív KKV-k alakulását és növekedését egész Európában. Közvetett hatása azonban érinti az ENIAC SRA-ban azonosított összes fő alkalmazási hajtóerőt. A Moore törvény által lehetővé vált technológiai és a bonyolultság potenciálját kihasználó tervezői képesség közötti 'tervezési deficit' tovább növekszik a 'More than Moore' technológiák által nyújtott funkcionalitással és az egy tokon belüli integrálással. Valamennyi fő alkalmazás, amelyet az energia, szállítás, egészség, kommunikáció és egyéb területeken elképzelünk, igényli a nagy átbocsátóképességű adatfeldolgozást, csekély energiafogyasztást, különböző funkciók hatékony integrálását, nagy megbízhatóságot. Ez kemény kihívást jelentenek minden tervezőnek. Átfogó tervezőeszköz- és módszer-készlet kifejlesztésére van szüksége az európai iparnak - beleértve a TCAD-ot is, , hogy nagy hozzáadott értékű eszközöket tudjon szállítani. A berendezés- és anyaggyártók újításai révén válik lehetővé a közösség egy nagyobb csoportjának a legújabb technológiák előnyeinek kihasználása, pl. a környezetintelligencia alkalmazásával. Külön figyelmet fordítanak a kevésbé mérgező anyagok használatára és az anyagfelhasználás csökkentésére általában azért, hogy minimalizálják a gyártási folyamat hatását a környezetre. Végül, de nem utolsó sorban, külön figyelmet fordítanak az energiahatékonyság növelésére a gyártási folyamat, mint például a szilícium tisztítása, során. Bár ezek a technikák nem járulnak hozzá közvetlenül a More Moore és a More than Moore stratégiákhoz, de garantálják, hogy az európai félvezetőipar versenyképes marad anélkül, hogy feláldozná a fenntarthatóságot. A félvezető berendezés- és anyaggyártó iparnak nagy hatása van a fejlődő helyi ellátó ökorendszerekre is, így maga is a gazdasági növekedés és magasan képzett munkahelyek teremtésének erős motorja. A csúcstechnológiai beszállítók a megrendelői igények kielégítéséhez jelentős tudományos és felsőoktatási szakmai bázisra számítanak, így természetesen készek is áldozni a kutatóhelyek kialakítására és fenntartására (tipikusan együttműködések, pályázati konzorciumok és ösztöndíjak formájában).

38

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. Alkalmazási területek A Program a nanoelektronika fő technológia területeivel foglalkozik és főleg azokat a feladatokat kezeli, amelyek a hardware megvalósítással kapcsolatosak, különös tekintettel az eszközök, áramkörök és IC blokkok tervezésére, azok pontos fizikai alapokon nyugvó modellezésére és szimulációs kereteinek kifejlesztésére. •

More Moore: a tranzisztorok és memóriacellák mélyebb fizikai megértésének fejlesztése szükséges a bonyolultság és teljesítményfelvétel problémáinak kezeléséhez. A tervezés segíti majd a felülkerekedést a mély szubmikron CMOS ingadozási és megbízhatósági problémáin, melyeket nem lehet csak technológiával megoldani. Ennek lehetővé tételéhez olyan TCAD eszközökre van szükség, amelyek megjósolják a folyamat ingadozásának hatását az áramkörökre és tervezési paraméterekre.

•

More than Moore: a szilíciumhoz adott új, nem-digitális funkciók széles spektruma új modellezési és tervezési eszközök kifejlesztését igényli, amelyek nem csak a nagy frekvencia, teljesítmény és analóg technika már ismert területeit fedik le, hanem a szenzorokat, beavatkozókat is, amelyek mikro- és nanomechanikát tartalmaznak.

•

Heterogén Integrálás: a különböző funkciók növekvő integrálásának trendje az eszközméret és fogyasztás csökkentésének és a megbízhatóság növelésének érdekében szükségessé teszi, hogy a szilíciumcsip, tokozás és rendszer vonatkozásokat együtt tekintsük. Multidiszciplináris tervezési képességeket és új eszközöket kell kifejleszteni a Rendszer egy Tokban (SiP) tervezéshez, hogy optimalizáljuk a rendszer-partícionálást és összeillesszük az eredményül kapott multifizikai rendszert.

•

A Tervezés a Gyártásra és Tervezés a Tesztelhetőségre minden technológia területen fontos, hogy biztosítsuk a termék robusztusságát a gyártási folyamat egészére. A bonyolultság növekedése, parazita hatások és eszköz-paraméteringadozás által behozott problémák nem oldhatók meg technológiai szinten. Beágyazásuk a tervezési folyamatba, jelentősen növeli a gyártási hatékonyságot és csökkenti a piacra juttatási időt, így hozzájárul az európai ipar versenyképességének növeléséhez A TCAD megjósolja a gyártási folyamat paraméteringadozásainak hatását az áramkörökre. A tesztelés bonyolultsága és költsége gyorsan növekszik az eszközök bonyolultságával és az integrált funkciókkal. A logikai eszközök csökkent költségének kihasználása és bizonyos tesztelési funkcióknak az integrálása erősen hozzájárulhat az eszköz megbízhatóságához és a költségcsökkentéshez, különösen olyan speciális funkcióknál, mint az analóg és a nagyfrekvenciás esetek. A berendezés- és anyagkutatás arra fókuszál, hogy tágítsa az egész félvezetőipar képességeinek a korlátjait, életképessé tegye az előzőekben ismertetett alkalmazási területeket. Eredményei a költséghatékonyságtól a megbízhatóságig és az extrém feltételek közötti működési alkalmasságig terjedően az ellátási láncban lejjebb levő félvezető rendszerintegrátorokat is befolyásolják. 39

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. Technológiai kihívások A tervezési módszereknek és eszközöknek a nanoeszköz modellezéstől a tokon belüli integrációig terjedően az összes területet le kell fedniük. A fő kihívások tervezési folyamat során: •

A hardver és szoftver valamint az egyes alkatrészek és teljes rendszerek közötti folytonosság lehetővé teszi a folytonosságot beágyazott rendszerekkel (ARTEMIS Work program) az Alkalmazási szoftvertől a szilíciumig. Rövidtávon a kihívások a HW/SW együttes tervezése és a SW/HW interfészek fejlesztő és implementáló eszközei. Középtávon a nem teljesen specifikált rendszerek szimulációjára, a tervezési folyamat metrikájára és a kényszerek által vezérelt automatikus particionálására kell fókuszálni.

•

Tervezés az ingadozásra, első prioritásként a paraméterfluktuációk gyors és megbízható kinyerési eljárásait kell kifejleszteni szoros együttműködésben a modellfejlesztőkkel a modell jelentésének és korlátainak tudatában. Ez nagy előrelépést igényel a jelenlegi TCAD eszközökben. Középtávon kompakt modellekre van szükség, az eszközök szimulált és mért statisztikai-paraméterszórásának figyelembevételével kibővítve azt az áramköri blokkokra és IP-kre.

•

More than Moore eszközök: rövidtávon új eszköz-viselkedési modellekre van szükség, hogy kiértékelhessük kompatibilitásukat a rendszerintegrálással, ideértve a mechanikai és folyadékdinamikai modellezést is. Középtávon a modelleket egymáshoz és a szabványos logikai tervezési eszközökhöz is illeszteni kell, hogy a teljes eszköz szelet vagy tok-szintű integrálása is lehetővé váljon..

•

RF/analóg-mixed signal jelek: már rövidtávon szükség van az eszközök és áramkörök RF modellezésére (100GHz-ig), beleértve a kompakt modellezést, amelyet az analóg és RF áramkörök teljes verifikálási folyamat követ, beleértve a tokozás és a műveleti paraméterszórás hatását.

•

Fogyasztáscsökkentés: már rövidtávon ki kell fejleszteni a dinamikus feszültség- és frekvenciaskálázást, többszörös küszöbfeszültségű eszközök használatát és a sztatikus teljesítmény optimalizálását. Középtávon módszerek kellenek a rendszerszintű fogyasztásbecslésre és az optimális rendszer partícionálására.

•

Megbízhatóságra tervezés: rövidtávon egyedi eszközök megbízhatósági modelljeire van szükség, amelyek a fizikai és öregedési hatások jellemzésén alapulnak. Középtávon előrejelzendő az eszköz paraméterek romlásának hatása áramköri szinten, és hibatűrő tervezési stratégiák, beleértve mixed-signal RF funkciókat is.

•

Gyárthatóságra tervezés: rövidtávon szükség van a layout kötöttségek megállapítására és modellezésére és a műveleti paraméteringadozás kiterjedt jellemzésére, valamint ezek áramköri hatásának szimulációjára. Középtávon eszközöket kell kifejleszteni a kihozatal-tudatos tervezésére és a részegységek pozicionálásának és huzalozásának optimalizálására.

•

Tesztelhetőségre tervezés: rövidtávon logika és memóriák megnövelt tesztelhetőségére és BIST (beépített önteszt) architektúrákat generáló 40

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. eszközökre van szükség. Középtávon a BIST koncepció kiterjesztendő az analóg, RF és pótlólagos funkciókra (pl. szenzorok), megoldásra vár a tesztelés-optimalizálás, partícionálás a csipen levő BIST és az ATE között, valamint a szelet végmérése során. •

Fejlett Architektúrák: rövidtávon a Hálózat-a-Csipen, TöbbmagosArchitektúrák és átkonfigurálható rendszerek modellezése és optimalizálása. Középtávon innovatív kommunikáció kifejlesztése és kiértékelése, adaptív architektúrák az alkalmazás-specifikus igényekhez.

•

Szubsztrát-anyagok: Optimális hiba sűrűségű Si és vegyület félvezető kristály ingotok és szeletek fejlesztése. Vékony Si rétegek fejlesztése a SOI szeletekhez; szélveszteség csökkentése, intelligens vágás és strained-szilícium metrológia.

•

Eszközprocesszáló berendezések és vegyianyagok: Berendezések az ITRS menetrend folytatásához kristálynövesztés, anyagleválasztás, hőkezelés és maratás; Hajlékony szubsztrát és ultravékony szeletek kezelése; Atomi szintű, szelektív anyagleválasztás, galvanizálás, technológia platformok kialakítása többfázisú anyagok rétegezésére, vezérelt nanoporozitású anyagok és nanorétegek, bioanyagok és kompozit rétegek; Lézer alapú megmunkáló rendszerek, pl. mikroszkopikus lyukak fúrása szelet szintű összekötések átvezetéséhez.

•

Litográfia: eszközök a Moore törvényt követő méretek csökkentésére, eszközök és módszerek a leképezés javítására, a költségek csökkentésére a kihozatal javításával és a maszktervezés módszerek optimalizálásával. Hipernumerikus apertúra, immerziós technológia fejlesztése; hibaelnyomás a fejlett fotomaszk készítésben és önillesztett litográfia maszkok kidolgozásában; nanométeres litográfia és folyamatszabályozás; szelet- és litográfiai maszkpozicionálás; litográfiai folyamatszabályozás; litográfia a 'More than Moore' számára pl. a teljes szelet exponálás, optikai és nanoimprint litográfia a szelet szintű 3D összeköttetéshez; tokozáshoz; integrált passzív elemek és flexibilis szubsztrátok (metrológia).

•

Maszknélküli litográfia; maszknélküli litográfia a 32nm-en túli gyártás litográfia folyamataihoz; engineered szubsztrátumok (SOI-szerű, 450mm); Nanoimprint litográfia eszközök (nanoimprint-stamp gyártás)

•

Metrológia: nanométeres gyártást lehetővé tévő ultragyors, nagyfelbontású vizsgáló, értékelő és metrológiai folyamatszabályozási eszközök kifejlesztésével; nagyfelbontású részecskenyaláb-technológia; Ultragyors elektronsugaras vizsgálat; Nanométeres optika vizsgálat (nagy felbontású, gyors képfeldolgozás és mérés); Új eszközök tervezésének, vizsgálatának és mérésének integrálása (lásd még a gyártásra tervezést - DFM); Maszk és szeletmérés a kettős mintázathoz; Opciók kifejlesztése az in-line gyorsnyomtatás méréséhez, folyamatellenőrzéshez.

•

Tokozás és végmérés: 3D tokozás, flexibilis tokozás, szelet szintű tokozási módszerek; többszintű tokozási technikák, amelyek lehetővé teszik a SIP (rendszerintegrálás egy tokban) és sűrű huzalozású hálózatú rendszereket egy szeleten; Szabad érzékelő és huzalozási területek a szeletszintű tokozáshoz; tesztelésbarát tervezési (DFT) módszerek hibrid és/vagy memóriaintenzív alkalmazásokhoz; 41

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.4. gyárthatóságra tervezés (DFM) a nagyobb kihozatal eléréshez és versenyképesség javításához. •

Gyártástudomány: Flex fab modell: Képessé tenni az európai ipart, hogy az elektronikai fejlesztések és alkalmazások élvonalában maradjon a csipgyártástól az integráláson át a beágyazott rendszerekig, adaptálható tömeggyártási lánccal a költséghatékony gyártás érdekében. Ciklusidők csökkentése; Javított reprodukálhatóság az AEC, APC és a virtuális mérési módszerek használatával; a berendezések hatékonyságának javítása; Környezeti hatások csökkentése; Funkciónkénti költségcsökkenés fenntartása a nagyobb technológiai ingadozás és termékkövetelmények mellett.

Javasolt hazai alprioritások, projektek •

"CMOS utáni és molekuláris előtti elektronika" (electronics - beyond CMOS and before molecular) új áramköri működési elvek fejlesztése. "Tömbi" kapcsoló hatások keresése, mivel a határfelületek száma nem növekszik.

•

Eszközintegrálás – elsősorban analóg, memória és RF elemek szabványosítási, valamint jogi és szabályozási kérdései

•

Tesztelési és méréstechnológiai eljárások fejlesztése

•

Fém-, oxid-, polimer-tartalmú nanokompozitok kialakítása határfelületeik funkcionalizálása, speciális struktúrák számára

•

Bioneutrális anyagok és alkalmazásaik kutatása

•

Lézeres mikromegmunkálás és felületkezelés fejlesztése

•

Egyedi vákuum-és elektronikai berendezések, eljárások fejlesztése

•

Nonkontakt mérési eljárások fejlesztése: rétegvastagság és ellenállásprofil mérése reflexiómérés, ellipszometria, mélynívó spektroszkópia

•

Gyártásközi minősítő és automatikus mérő eljárások kidolgozása

•

Dielektrikumok vastagságát, illetve interfész-tulajdonságait meghatározó CV (vagy VQ) elvű méréstechnikák implementációja,

•

Rétegellenállás-mérési roncsolás detektálása.

eljárások,

az

implantálás

során

és

keletkező

42


Rövidítések jegyzéke BIST

Built-in-self-test Beépített önellenőrzés (tervezési módszer) CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor digitális integrált áramkör készítési technológia EC European Comission Európai Bizottság EDA Electronic Design Automation Automatizált elektronikus tervezés ENIAC European Nanoelectronics Initiative Advisory Council Európai Nanoelektronikai Platform IC Integrated Circuit Integrált áramkör ICT Information and Communication Technologies Információs és Kommunikációs Technológiák IMNTP Integrált Mikro/Nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform ITRS International Technology Roadmap of Semiconductors A félvezetőipar nemzetközi fejlesztési menetrendje IVSZ Informatikai Vállalkozások Szövetsége JU Joint Undertaking Közös Európa szintű vállalati kezdeményezés K+F(+I) Kutatás, fejlesztés (és innováció) KKV Kis- és középvállalkozás KSH Központi Statisztikai Hivatal MEMS/NEMS Micro/ Nano ElectroMechanical Systems Integrált mikro/nano elektromechanikus rendszerek NKTH Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal MELT Magyar Elektronikai Társaság OMFB Országos Műszaki Fejlesztési Bizottság PV Photovoltaics Fotovillamoság (fotoelektromos energiaátalakítás) RF ID RadioFrequency Identification Radiofrekvenciás azonosító SiP System in Package Integrált rendszer egy tokban SRA Strategic Research Agenda stratégiai kutatási terv TCAD Technology Computer-Aided Design Számítógéppel segített technológiai tervezés 43


Kapcsolat: Integrált Mikro/Nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform 1121 Budapest, Konkoly Thege Miklós u. 29-33. +36 1 392 2679 [email protected] www.imntp.hu

44

Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv ( ) Ajánlás

Recommend Documents