Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv ( ) Ajánlás 1.3 verzió

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

Ajánlás 1.3 verzió

Készítette a Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal megbízásából az Integrált Mikro/Nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform 2009. október

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. Tartalomjegyzék 1. Előszó ........................................................................................................................... 3 2. Vezetői összefoglaló..................................................................................................... 7 3. Helyzetkép, irányelvek ............................................................................................... 10 3.1 Az Európai Unióban ............................................................................................. 10 3.2 Magyarországi viszonyok..................................................................................... 14 3.2.1 Régen… ......................................................................................................... 14 3.2.2 … és most ...................................................................................................... 15 3.2.3 A jelenlegi gazdasági helyzet ........................................................................ 19 3.2.4 Hálózatosodás................................................................................................ 20 4. Stratégiai kutatás-fejlesztési terv ................................................................................ 23 A.) Nanoelektronika az egészségért és az egészség megőrzéséért............................ 24 Társadalmi igények és piaci szempontok ............................................................... 24 Alkalmazási területek ............................................................................................. 25 Technológiai kihívások .......................................................................................... 26 Javasolt prioritások, projektek................................................................................ 28 B.) Nanoelektronika a szállításért és a mobilitásért .................................................. 30 Piaci szempontok.................................................................................................... 30 Társadalmi haszon .................................................................................................. 30 Alkalmazási területek ............................................................................................. 31 Technológiai kihívások .......................................................................................... 31 Javasolt prioritások, projektek................................................................................ 32 C.) Nanoelektronika a biztonságért ............................................................................ 33 Piaci szempontok.................................................................................................... 33 Társadalmi haszon .................................................................................................. 33 Alkalmazási területek ............................................................................................. 34 Technológiai kihívások .......................................................................................... 34 Javasolt prioritások, projektek................................................................................ 35 D.) Nanoelektronika az energiáért és a környezetért.................................................. 36 Piaci szempontok.................................................................................................... 36 Társadalmi haszon .................................................................................................. 36 Alkalmazási területek ............................................................................................. 36 Technológiai kihívások .......................................................................................... 37 Javasolt prioritások, projektek................................................................................ 38 E.) Tervezési módszerek és eszközök a nanoelektronika számára............................. 39 Piaci szempontok.................................................................................................... 39 Társadalmi haszon .................................................................................................. 39 Alkalmazási területek ............................................................................................. 40 Technológiai kihívások .......................................................................................... 41 Javasolt prioritások, projektek................................................................................ 42 F.) Berendezések és anyagok a nanoelektronika számára.......................................... 43 Piaci szempontok.................................................................................................... 43 Társadalmi haszon .................................................................................................. 43 Alkalmazási területek ............................................................................................. 44 Technológiai kihívások .......................................................................................... 44 Javasolt prioritások, projektek................................................................................ 45 Rövidítések jegyzéke...................................................................................................... 46

2

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3.

1. Előszó Mindenekelőtt szükségesnek érezzük néhány fogalom tisztázását és annak lehatárolását, miről is szól ez a stratégiai anyag 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 a 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. A nanotechnológia a mikrotechnológiánál tízszer-százszor kisebb méretekben (<100nm), a molekulák és atomok mérettartományában operál. A nanotechnológia - egyik elfogadott meghatározása szerint - olyan tervezési és építkezési elvek és 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 - 1.3. 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, melyikben nem működne mikroelektromechanikai (MicroElectroMechanicalSystem = MEMS) chip, 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 mára (sajnos, vagy nem) hívószó lett, marketing értelemben, sok esetben valós tudományos tartalom nélkül használják, az eladhatóság növelésére. A jelen stratégiai anyag kapcsán fontos hangsúlyozni, hogy nem foglalkozunk nanorészecskék nagytömegű alkalmazásával - pl. a korrózióvédelemben, vagy a festék- ill. kozmetikai iparban. Épp ellenkezőleg, ez a tanulmány elsősorban a nano-funkcionalitást kihasználó, integrált rendkívül nagy hozzáadott értéket képviselő és a védett szellemi termékek szintjén (IPR) értékelhető unikális mikro- és nanoelektronikai fejlesztésekre helyezi a hangsúlyt. 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 4

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. 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 ) „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, Budapest, 2006. február)

Ezek a gondolatok vezetnek az "érzékelők és beavatkozók forradalmaként" emlegetett fejlesztési irányok és az ambient systems (beágyazott rendszerek) irányába, melyet követnünk, vagy méginkább vezetnünk lenne szükséges. 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 az, hogy kutatás-fejlesztési stratégiai és megvalósíthatósági tanulmányt készítsen speciálisan a fent definiált integrált mikro- és nanoelektronikai, valamint fotovillamos 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.

5

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. A mikro- és nanoelektronikai K+F stratégia készítésekor általános célként az alábbiakat tartottuk szem előtt: •

versenyképesség növelése;

•

a hatékonyság növelése;

•

a munkahelyek megtartása, számának növelése;

•

unikális fejlesztések, specializálódás;

•

nemzeti össztermék (GDP/GNP) növelése.

A stratégiai terv elkészítéséhez tanulmányokkal és írásos véleményezéssel hozzájárultak: Bársony István Borsos István Battistig Gábor Földesi Péter Hajnal Zoltán Madarász Emília Máthé Kálmán Nagy Péter Rencz Márta Szakolczai Krisztina Szörényi Tamás Valyon József

6


2. Vezetői összefoglaló Az Informatikai Vállalkozások (IVSZ) Elektronikai Tagozatának 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 hatásfokkal 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 (más TEÁOR) besorolású területet fed le. 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 kulcseleme, amely a jövőbeli gazdasági fejlődés egyik legfontosabb tényezője lehet. „Az adatokból kiolvasható, hogy a teljes elektronikai ipar a versenyszféra ipari termelése hozzáadott értékének közel 13%-át adja – ezzel az ipari termelés legnagyobb értéket produkáló szegmense. A 2008. évi export adatokról elmondhatjuk, hogy míg az elektronika (világító eszközökkel együtt) a feldolgozóipar exportjának mintegy 35%-át adja, ez az érték a magyar járműiparra „csupán” 28%. Hasonló a helyzet a foglalkoztatás tekintetében is: az elektronika a feldolgozóipar foglalkoztatottjai 18%-ának, a járműipar 14%nak ad kenyeret.” (Forrás: Az elektronikai ipar jelentősége és lehetőségei Magyarországon, 2009, IVSZ, Eszes Gábor) A 2008. szeptemberében kezdődött globális pénzpiaci és termelési válságból a szemlélet-formáló innovatív ötletek, új technológiák jelenthetik a kiutat. Az ipari termelés visszaesése hazánkban egy év alatt meghaladta a 22%-ot, ami csak részben írható a globális válság számlájára, jórészt inkább a hazai iparszerkezeti válság eredménye. A kilábalásnak viszont csak a nemzeti stratégiai prioritások, szakmai irányvonalak rögzítése mellett és a teljes állami szabályozásnak a célok megvalósításához való hozzárendelése esetén van esélye. A technológiai szektor átszerveződésében a nagy hozzáadott értéket produkáló integrált mikro- és nanoelektronika esetében ez a piac és a tudományos élet beható ismeretét, speciális fejlesztését igényli. Olyan IMNTP prioritásokat kell tehát kijelölni, amik erősítik versenyképességünket az európai és világpiacon (a tőkepiacon is!), ehhez speciálisan képzett munkaerőt, kompetenciát igényelnek. Egyben növelik a hazai (magyar tulajdonú) innovatív vállalkozások esélyét hazai tudás és kutatási eredmények felhasználásával.

7


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

Az IMNTP által 2009-ben elvégzett Delphi felmérés alapján 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. A piacfelmérés az alábbi eredményeket hozta SWOT elemzés tekintetében: Erősségek (S)

Lehetőségek (O)

- 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)

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

- megfelelő szakember utánpótlás hiánya - hazai tulajdonú vállalkozások innováció-képességének hiánya - társadalmi tiltakozás egyes nanotechnológiai alkalmazások tekintetében

8

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. IMNTP 2020-as mikro- és nanoelektronika szektor vízió - összefoglalás Ahhoz, hogy Magyarország mikro- és nanoelektronikai területen 2020-ra versenyképes legyen és fenn tudja tartani (esetleg növelje) K+F potenciálját a következő generációs nagy hozzáadott értékű fejlesztésekben, szükséges: • •

• • •

Nemzeti ipari stratégiai irányok és prioritások kijelölése, kiszámítható, tudáspárti kormányzati szabályozási és gazdasági környezet kialakítása; Az oktatási rendszer azonnali megreformálása, illetve a műszaki és természettudományos képzés kiemelése, melynek révén elvárható a szektor számára kellő számú a multidiszciplináris kutatásra, fejlesztésre és gyártásra alkalmas kvalifikált munkaerő kibocsátása; A nagy hozzáadott értékű (MEMS) mikro és nanoelektronikai szenzorikai multidiszciplinális (kémai, bio, opto, fizikai) K+F kiemelt támogatása; A műszeripari hagyományokra épülő, ma is versenyképes csúcstechnikai mérőműszer fejlesztés és gyártás kiemelt támogatása; Fenntartható K+F+I hátteret hatékonyan biztosító infrastrukturális kutatóhálózat (kompetencia központok, esetleg foundry) megteremtése és folyamatos továbbfejlesztése.

9


3. Helyzetkép, irányelvek

3.1 Az Európai Unióban Közel 800 milliós népességével Európa egyike a legnagyobb fogyasztói és ipari piacának, 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 milliárdot 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 kapcsolódó 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, Nokia, Ericsson fejlesztéseire gondolni. A nanoelektronika az elektronikai termékek és szolgáltatási újítások hardver teremtőereje az európai ipar fő növekedési piacain. 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 és a csúcstechnikai termékek és szolgáltatások alkalmazásához szükséges tervezési szaktudáshoz, megerősítve ezáltal Európa meglevő ipari erősségeit és biztosítva azt, hogy a szellemi tulajdon magja a régióban keletkezik és hasznosul. Az ENIAC Stratégiai Kutató Program (SRA) az ipari, akadémiai és közhivatali 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 összes mechanizmust a közös-magán együttműködést (országos, nemzetközi és EC).

10


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

Az ENIAC SRA második átdolgozott kiadása 2008. november 28-án lett benyújtva Budapesten. A globális és európai tájkép mai és 2020 közötti általános víziójával kezdve a Program 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 Program az európai ökoszisztéma kritikai értékelésével zárul és javaslatokat terjeszt elő az ENIAC célkitűzéseinek teljes megvalósítására. A tervek szerint a továbbiakban kétévente kerül felülvizsgálatra. 2020 vision for Europe ENIAC 2020 Vision 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 infrastruktúrális hálózat, ami képes a megfelelő kutatási hátteret biztosítani • • stratégiai együttműködések ahol az erős ipar megosztja a hosszútávú fejlesztési vízióit a kutatókkal ésezzel mobilizálni tudja az erőforrásokat • • megfelelő szabályozási és gazdasági környezet • • oktatási rendszer, amely képzett, a multidiszciplináris kutatásra,tervezésre és gyártásra alkalmas munkaerőt bocsát ki

A JU méretének tervezett lépésenkénti növekedése miatt az ENIAC JU Kutatási Program (RA) az ENIAC SRA-ból kiválasztott lefelé irányuló K+F prioritásokból fog állni. Hogy képesek legyünk a JU útiterv várt időtartama konzisztenciájának fenntartására, a MASP-on belüli témaválasztás elsődlegesen a hosszú távú társadalmi igények és vezető piacok tengelye mentén fog történni. Az ENIACban 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 az ezeken a vezető piacokon levő alkalmazásokra, nevezetesen a More Moore, More than Moore és a Heterogén Integráció témáira. Azonban a Tervezési Módszerek és Eszközök valamint a Berendezések és Anyagok keresztterületek és keresztalkalmazások aspektusai 11

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. dominálnak. Ezeknek a területeknek a kihívásai csak általános alapmódszerekkel kezelhetők, amelyek az összes ENIAC társadalmi igényt és húzóágazatot szolgálják. Ezért az RA-t két technológia-specifikus Alprogrammal egészítjük ki, ezzel a szám nyolcra emelkedik. A SRA kezdeti fázisa nem fedi le azokat a felfelé irányuló K+F prioritásokat, amelyeket az ENIAC SRA a 2013 utáni időszakra határoz meg. Ez magában foglalja a Túl a CMOS-on technológiai területben felsorolt tartalom nagy részét. Ezeket a prioritásokat a reguláris FP7 program jövendő kiírásaiban lehet beépíteni. Az egyes K+F prioritások allokálása az ENIAC SRA is a MASP frissítése során lesz felülvizsgálva.

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

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

12

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. Az általános trend a méretcsökkenés, az egyre kisebb nanométeres méretekbe történő eltolódás felé ismertek, a különböző scenariók 2015 és 2022 közé teszik azt az időszakot amikor a 10nm-es méretet elérik a sorozatgyártott chipek esetén. (Forrás: http://www.itrs.net/Links/2008ITRS/Update/2008_Update.pdf). Bár Magyarország az 1986-os 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.

13


3.2 Magyarországi viszonyok

3.2.1 Régen…

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, a Mikrovákuum, Bonn-Elektronik és a Kraft Kft. 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. (IVSZ)

14


3.2.2 … és most 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 pl. NKFP és EU keretprogramok támogatásával. A mikro- és nanoelektronika hazai helyzetét megbecsülni több ok miatt is igen nehéz. A piacelemzéshez a Központi Statisztikai Hivatal (KSH) statisztikai adatszolgáltatását és a Hoppenstadt & Bonnier 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, főtevékenységüknek 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 IVSZ kimutatása szerint az elektronikai profilú cégek (TEÁOR 2620, 2711,+ 2611, 2612, 2931, 2630, 2640, 2651) bruttó hozzáadott érték megoszlása 2007ben 6,21%, míg a foglalkoztatottságot tekintve mindössze 4,14%, ami azt jelenti hogy az elektronika rendkívül nagy hatásfokkal 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.

15


MN-hez kapcsolódó határterületek

Szorosabban vett MN

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

16


K+F főtevékenységű cégek megoszlása alapításuk éve alapján 250 200

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

150 100 50

4. 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 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

•

Az szorosabban vett mikroelektronikai csoport (2611, 2612, 2931, 2660, 2670, 2651) 40.000 fő felett foglalkoztat, becsült árbevétele 364Mrd 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. 17

2009

2007

2005

2003

2001

1999

1997

1995

1993

1991

1989

1987

1985

1983

1981

1979

1977

1975

0

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. Elmondható továbbá, hogy •

A műszaki és természettudományi K+F esetén a vállalkozások 84%ának 0-20MFt a bevétele, és 79%-uk 5 főnél kevesebbet foglalkoztat.

•

Árbevételeket tekintve : a műszaki és természettudományi K+F vállalkozások becsült árbevétele 68Mrd Ft. Ennek a megoszlása is érdekes, 21%-a adódik a 0-20Mft-os árbevételű jellemzően mikrovállalkozásokból, 26%-a 50-300 MFt-os jellemzően kis és középvállalkozás és 18%-át ennek mindössze 7 cég adja

•

Műszergyártással (2651) 360 cég foglalkozik, ennek 85,8%-a 10 főnél kevesebb embert foglalkoztató vállalkozás, 13%-a pedig középvállalkozás. Árbevételt tekintve becsült összértéke éves szinten 48Mrd Ft, ennek ellenére csak közel 3000 főt foglalkoztat, igen nagy hozzáadott értéket produkáló ágazat ha egy főre vetítjük!. A vezető cégek a TMK és a Ganz, de még közülük is kiemelkedik a Semilab: 100 fő körüli foglalkoztatás mellett 4Mrd Ft-ot meghaladó bevétellel.

•

Az orvosi elektronika (2660) gyártás 143 cég főprofilja a KSH szerint, 12,6Mrd Ft becsült bevétellel, 10-15 cégtől eltekintve kis, illetve mikrovállalkozásokról van szó. Vezető cégek a Mediagnost, Innomed és a középvállalkozás Meditech.

•

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

•

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

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%

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

18


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

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

A Hoppenstadt & Bonnier által végzett piackutatás adatai szerint a szűken vett mikroelektronikai szektor hazai szereplői döntően kis és középvállalkozások, akik a multinacionális cégek beszállítói, azok alvállalkozói. A referenciával, több éves tevékenységgel rendelkező cégek által foglalkoztatottak száma 2008ban 28500 fő körüli, árbevételük 72,8Mrd Ft volt. Az általuk jegyzett cégek száma alig haladja meg az 500-at, fotovillamos rendszerekkel kiegészítve a 600-at.

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 csökkenése miatt, általánosságban a visszaesés az ipari ágazatokban 18,5%. (Forrás: KSH Gyorsjelentés 2009/7) 19

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. 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)

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 IVSZ Elektronikai Tagozata, vagy a Magyar Elektronikai Társaság (MELT). 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), egészségügyi rendszerek ismeretére (eViTA), beágyazott rendszerek tudására (ARTEMIS) és akár innovatív gyógyszerekre is szükség van ugyanazon terméket tekintve. A meglévő Platformok közötti szorosabb együttműködés elősegítheti ezeket a tudásintenzív fejlesztéseket. 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

•

Pannon Autóipari Klaszter (PANAC) - NTPCrash

•

Pannon K+F+I+O Klaszter

További együttműködés reményében az alábbi klaszterekkel is kapcsolatot tervezünk: •

3 P Műanyagipari, Csomagolástechnikai, Nyomdaipari Klaszter

•

ArchEnerg Regionális Megújuló Energetikai és Építőipari Klaszter

•

Első Magyar E-közigazgatási, Informatikai és Innovációs Klaszter

•

EnIn Környezetipari Klaszter 20

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. •

Goodwill Biotechnológiai Klaszter

•

Magyar Medikai Gyártók és Szolgáltatók Klaszter

•

Mobilitás Multimédia Klaszter

•

Omnipack Első Magyar Csomagolástechnikai Klaszter

•

Orvosi Biotechnológiai Innovációs Klaszter

•

Pécsi Egészségipari Innovációs Klaszter

•

PharmacoFood Klaszter

•

Pharmapolis Debrecen Innovatív Gyógyszeripari Klaszter

•

PHARMAPOLIS Életminőség Klaszter

•

Szennyvíz-technológiai innovációs klaszter

•

Szoftveripari Innovációs Pólus Klaszter

21


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

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 alábbiakat tartalmazzák A. Nanoelektronika a gyógyászatban (diagnosztika és terápia) és az egészség megőrzésében B. Nanoelektronika a szállításért és a mobilitásért C. Nanoelektronika a biztonságért D. Nanoelektronika az energiáért és a környezetért E. Tervezési módszerek és eszközök a nanoelektronika számára F. Berendezések és anyagok a nanoelektronika számára A Nanoelektronika a kommunikáció számára és a Nanoelektronika az hírközlés és szórakoztatóelektronika (infotainment) számára prioritásokhoz Magyarországon, de Európa legtöbb országában sincs meg az a kutatásfejlesztési és innovációs háttér, ezért ezt nem tartjuk kiemelendőnek.

23


A.) Nanoelektronika az egészségért és az egészség megőrzéséért Társadalmi igények és piaci szempontok Európai társadalmunk jobb egészségre és wellnessre 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 egészség megőrzés 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 - 1.3. 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. 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. 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 25

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. 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.

•

Végül, 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.

Technológiai kihívások A közeli jövőben 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 labor-a-csipen (SiP) eszközök kialakításához.

•

Strukturális és funkcionális nanorészecskéket kell fejleszteni, amelyek az orvosi képfeldolgozást, bio-érzékelést, fizikoterápiát vagy célzott a gyógyszer célba-juttatást szolgálhatják. 26


Átgondolt, sokoldalú vizsgálatokkal kell igazolni, hogy a nanorészecskék alkalmazása biztonságos. Az élő környezetre és emberi szervezetre kiterjedő nanotoxikológiai vizsgálatokat kell előírni minden új nanorészecske piacra kerülése és alkalmazásba vétele előtt. Ehhez ki kell alakítani a megfelelő vizsgálati spektrumot és protokollt, amellyel bizonyítható, hogy az adott nano-anyag biológiai rendszereket egészséget és környezetet – nem károsít.

•

Valós idejű, 3 dimenziós képfeldolgozásra alkalmas, adott 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.

•

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, amelyek a táv-felügyelet, integrált beteg ellátás és segítségnyújtás céljait szolgálják kórházakban, laboratóriumokban, sürgősségi segélynyújtásban, és otthoni gondozásban. Mindez specifikus beágyazott szoftverek kifejlesztését is igényli.

•

Komoly technikai kihívás a bonyolult, heterogén rendszerek megbízhatóságának biztosítása: majdnem nulla hibaarányt kell elérni nyers körülmények között, és a rendszer egész élettartama alatt.

27


Javasolt prioritások, projektek •

Bioszenzorok, bioeffektorok és ezekből integrált klinikai, laboratóriumi mikro rendszerek fejlesztése o Klinikai paramétereket detektáló in vivo, ex vivo és in vitro bioszenzorok o Biológiai reakciókon alapuló, a bio-anyagot detektorként integráló – nem biológiai paramétereket (is) detektáló - bioszenzorok o bioszenzorral végezhető mérések és mérési protokollok kidolgozása; o hatóanyagot célbajuttató,komplex gyógyszerbeviteli rendszerek fejlesztése, o élő szervezetbe implantálható biostimulátorok, intelligens protézisek o Az eszközök kommunikációs rendszerbe kapcsolása; o Az eszközök és rendszerek minősítésére és ellenőrzésére szolgáló módszerek és eljárások kifejlesztése, ill. továbbfejlesztése

•

Biokompatibilis anyagok, határfelületek fejlesztése o Biokompátibilis anyagok , fém, oxid, polimer tartalmú nanokompozitok kialakítása; (implantátumok) o határfelületek fizikai, kémiai, biológiai funkcionalizálása; biológiai anyagokkal (szövetekkel, sejtekkel, makromolekulákkal és hatóanyagokkal) való határfelületi reakciók elemzése, ezek tapadási és gyógyszermegkötési tulajdonságainak vizsgálata o a hosszútávú biokompatibilitás feltételeinek meghatározása; eljárások a biokompatibilitás ellenőrzésére o biomimiced felületek fejlesztése –olyan tulajdonságú felületeket értve alatta ami kielégíti a „bio-hasonlóságot”, kémiailag és morfológiailag is hasonlóak a valódi élő interfészekre

•

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 nano-részecskék élettani, toxikológiai hatásainak elemzése o Újszerű mikroszkópos leképező és képfeldolgozó eljárások

28


laboratóriumi diagnosztikai és gyógyszerfejlesztésre alkalmas mérőeszközök o Array típusú biomolekula-detekció 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

29


B.) Nanoelektronika a szállításért és a mobilitásért 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 kormányzata 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 a közlekedéssel kapcsolatos. (Forrás: ERTRAC Hungary Nemzeti Közúti Közlekedési Platform, www.ertrac.hu) Az elektronikai alkatrészek elérték egy 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). Összességében az autóipari alkatrészek az európai elektronikus alkatrészpiac 19%-át képviselték 2006-ban stabil éves 3.5%-os növekedéssel. A nanoelektronika szintén lényegesen hozzá fog járulni az összes többi szállítási mód (légi, vasúti és vízi) integrálásához, amelyek a tervek szerint az áruszállítás legnagyobb részét fogják alkotni és jelentősen hozzájárulnak az utasszállításhoz is 2020-ra.

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 sebesülések. Európában az országúti szállítás egymagában az ásványi üzemanyagfogyasztás 21%-át és az olajfogyasztás 60%-át teszi ki. Óránként 5 halálos baleset történik és az úti 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. 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. 30

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. 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. Várhatóan ez a folyamat több lépést igényel, egyre fejlettebb energiatároló (akkumulátorok, szuperkondenzátorok) és energiakezelő rendszerekkel.

•

Az aktív biztonság a detektorok (félvezetős optikai és IR kamerák, ultrahangos szenzorok, radarok) használatának további növekedésével fog járni, ezek nagy teljesítőképességű logikához kapcsolódnak a valós idejű akadály felderítéshez és vezetőtámogatáshoz.

•

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.

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 ütközéselkerüléshez.

•

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 31

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. 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 kemény környezetnek 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 mérvéje egy-a-milliárdból a mai egya-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.


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

•

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

•

Jármű-felhasználó-környezet oda visszaható kommunikációját és ezek monitorozását segítő eljárások

•

hibrid és teljesen elektromos járművek energia ellátásában szerepet játszó nanoszerkezetű anyagok fejlesztése (kerámiák, katalizátorok, szerkezeti anyagok)

32


C.) Nanoelektronika a biztonságért Piaci szempontok A statisztikák azt mutatják, hogy sokkal biztonságosabb világban élünk 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, vagyis az automatikus rendszerek hibatűrése és hibaelkerülése ezzel párhuzamosan növekszik a beépített eszközökkel szembeni általános követelményként, minthogy ezek sok olyan alkalmazásba hatolnak be, amelyek emberéletet is érintenek, szállítási rendszerek, gyógyászattal kapcsolatos eszközök, stb.

Társadalmi haszon 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. Szintén ehhez a területhez tartozik, hogy a környezetintelligencia képessége az egyének felismerésére és egyéni igényeikre való válaszolásra nagyon értékes lesz. 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 is kell alapozni amelyekre az európai köztestületek hagyatkoznak, hogy megtartsák saját függetlenségüket más kontinensektől, vagyis általánosságban nyitott piacok számára hozzáférhető vagy nyitott forrású szabványokra alapozottak, nem pedig egyetlen szervezet kezében vannak.

33


Alkalmazási területek A fent leírt társadalmi előnyök érvényesek valahányszor élet, magánélet vagy közküldetés forog kockán. Hosszú "jelölt"-lista van, amelyből csak a legidevágóbbakat írjuk le röviden: •

A legláthatóbb a fizetés. Bár az internetes vagy mobiltelefonos fizetés gyorsan növekszik, hatalmas javításokra van szükség, hogy általános bizalmat nyerjenek ezek a rendszerek; ezzel párhuzamosan naponta újabb típusú támadásokat alkotnak és ezt számításba kell venniük ezeknek a rendszereknek.

•

Másik típusú alkalmazások, amelyeknek nagyon nagy potenciáljuk van, az e-Health és az e-Kormányzat típusú tranzakciók: polgárok azonosítása, orvosi fájlok cseréje, adófizetés, e-szavazás.

•

A harmadik nagy terület a szállítás, ahol a biztonsággal kapcsolatos követelmények növekednek, ahogy az elektronika behatol az autókba, vonatokba és repülőgépekbe. Különösen az autópiac egyidejűleg követeli meg a biztonságot a szigorú költségkényszerek mellett.

•

Különösen fontos a víz illetve a légszennyezés detektálása a védekezés mielőbbi megkezdése, ezáltal a védelem hatékonyságának növelése szempontjából. Szenzorikai alkalmazások elsősorban mérgező anyagok pl. gázok vagy gőzök kimutatására.

Technológiai kihívások A biztonság soha nem érhető el egyetlen technikai elemmel, hanem csak megfelelő architektúrában levő technológiáknak koherens kombinációjával. A nanoelektronika biztosítani fogja a szükséges érzékelő és számító eszközöket megbízhatósággal és bizalommal olyan költségszinteken, amelyek lehetővé teszik 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.

34



Optikai, plazmonikai kiolvasási elvű érzékelők fejlesztése (beleértve nanoszemcsék önszerveződő kialakítását) o Elsősorban nemesfém nanorészecskékből felépülő szenzoregységeket tartalmazó berendezések fejlesztése szükséges : a részecskék olyan koncentrált formában történő előállítása, amellyel a szenzoregységek felületének bevonása könnyen, gyorsan és egyszerűen megvalósítható. Ehhez kiemelkedően nagy anyagtartalmú (több száz ppm koncentrációjú), homogén diszperziók szintézise szükséges, amelyeknek előállítása jelenleg még nem megoldott. Ehhez részecskék egyenletes felvitelének megvalósításának megoldása, a részecskék felületének kémiai módosítása szükséges. Ezt követően lehetséges a részecskékkel bevont szenzoregységeket tartalmazó berendezés elektronikai tervezése, jelátvitel és kijelző berendezés konstruálása

•

Bioérzékelők fejlesztése elsősorban robbanóanyagok, kábítószerek nanomennyiségű kimutatására

•

Optikai mikromanipuláció fejlesztése (objektumok azonosítása, követése)

•

nanotechnológia, nano méretű részecskék előállítása és felhasználása okmánybiztonsági célra

•

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

•

Új tervezési és tesztelési módszerek nagy megbízhatóságú rendszerek kifejlesztéséhez

•

RF ID alapú gépkocsi rendszám és forgalmi engedély fejlesztése

35

biztonságtechnikai

célra


D.) Nanoelektronika az energiáért és a környezetért Piaci szempontok 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 mikro- és nanoelektronikai fejlesztéseket mutatjuk be.

Társadalmi haszon 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 megközelítésekre és különösen az elektromos energia megtakarításának kihívására fókuszálva 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 van felkérve, 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 leírt társadalmi haszon megvalósítható ha a technológia újításokat bevezetik azokba az alkalmazásokba, ahol az energiafogyasztás csökkenthető a funkcionalitás, teljesítőképesség és kényelem elvesztése nélkül. Hosszú "jelölt"-lista van, amelyből a legidevágóbbakat írjuk le röviden:

36


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 Hogy lehetővé tegyük az innovatív energiahatékony termékek kifejlesztését a fent említett alkalmazási területeken, és hogy optimalizáljuk magát az energiaátalakítást, kutatást és fejlesztést kell végezni - több szinten - a következő technológiai megközelítéseket 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-a-dobozban technológiák, amelyek a legnagyobb áramokat, feszültségeket, hőmérsékletet valamint ESD, EMC és robusztussági szempontokat veszik figyelembe (nagyteljesítményű moduloktól a nagyteljesítményű dobozolt 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).

•

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 fejlődésével is, mivel így új szintézis utak nyíltak meg, továbbá elérhetővé vált a flexibilisebb kompozit szintézis is. 37

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. Javasolt prioritások, projektek •

Fotovillamos technológiák (ld. külön stratégiában!)

•

Világítástechnika o nano-fényporok kutatása a hatásfok és a színminőség további javítása céljából o kisülőlámpák elektródjainál az elektron-emisszió javítása nanoszerkezetű emissziós anyagokkal o nanostruktúrák létrehozása a fénykicsatolás javítására o szilárdtest világítás és annak műszertechnikai fejlesztése

•

Nanostruktúrák o nanostruktúrák alkalmazása thermopile áramforrásoknál o nanorobotok előállítása (energy harvesting) o energia ellátásban szerepet játszó nanoszerkezetű anyagok fejlesztése (kerámiák, katalizátorok, szerkezeti anyagok) o Nanoanyagokból felépülő szupravezető kompozitok fejlesztése elektromos hálózatokban való alkalmazások céljára o Kompozit rendszerek előállítása szupravezető nanoanyagokból és elektromosan vezetőkből, ún. szupravezető drótok

•

Energiahatékony elektronika fejlesztése

•

kváziautonóm áramforrások

•

irányítástechnika, ipari műszerezés, szabványos kimenőjelű távadók

•

Új komplex tervezési és tesztelési módszerek kifejlesztése multifizikai rendszerek tervezéséhez és teszteléséhez

38


E.) Tervezési módszerek és eszközök a nanoelektronika számára Piaci szempontok Európának erős a pozíciója a bonyolult IC rendszerek modellezésében, szimulációjában és tervezésében, ami jól eloszlik az iparban, ideértve a KKVket, kutatási központokat, egyetemeket. Több mint 300 gyártósor nélküli vállalat és tervezőház van Európában, 1 milliárd dollár éves bevétellel. Nagyszámú európai országban terülnek el, jóllehet legnagyobb a sűrűségük az Egyesült Királyságban. A tervezők képezik 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 EDA (Electronic Design Automation) ipara, de sok kisebb kezdeményezés van jelen, melyek többnyire egyetemekből és kutatóközpontokból induló új vállalkozásokból erednek és a nagyobb US EDA vállalatoknak fejlesztési központjai vannak Európában, melyeket gyakran Európában indult vállalkozások felvásárlásával nyernek. 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 tőkésíteni vezető pozícióját a modellezés, szimuláció és tervezés átfogó témáiban. Különösen foglalkozni kell a gyártási és tervezési folyamat egymástól függésével a TCAD és a tervezés összekapcsolásával. Átfogó technológia lévén a Tervezés Eszközök és Módszerek főleg az innovációra és termelékenységre gyakorolt hatásukon keresztül érezhetők. A TCAD platformok hatékony használata (berendezések, folyamatok, eszközök és áramkörök szimulációja) várhatóan 40%-os költségcsökkentést nyújt a technológiafejlesztésben 2007-ben (ITRS Winter Conference, Makuhari, Japan, 2007. dec.)

Társadalmi haszon Lévén a tervezési eszközök és módszerek lehetőségteremtő technológia, közvetlen társadalmi hatása arra a képességére korlátozódik, hogy magasan képzett állásokat teremt és előmozdítja az innovatív KKV-k alakulását és növekedését egész Európában. Azonban a közvetett hatása egészen nagy és érinti az ENIAC SRA-ban azonosított összes fő alkalmazási hajtóerőt. A Moore törvény által lehetővé vált technológiai teljesítőképesség és a bonyolultság potenciálját kihasználó tervezői képesség közötti 'tervezési nyílás' tovább növekszik a 'More than Moore' technológiák által nyújtott funkcionalitással és a tokon belüli integrálással. Valamennyi fő alkalmazás, amelyet az energia, szállítás, egészség, kommunikáció és egyéb területeken elképzelünk igényli a nagy átbocsátóképességű adatfeldolgozást, igen kis energiafogyasztást, különböző funkciók hatékony integrálását, nagy megbízhatóságot, és ezek kemény kihívást jelentenek minden tervezőnek. Átfogó tervezőeszköz- és módszerkészlet, ide értve a TCAD-ot is, kifejlesztésére van szüksége az 39

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. európai iparnak, hogy értéknövelt eszközöket tudjon szállítani a fő alkalmazási területeknek.

Alkalmazási területek A Program a nanoelektronika fő technológia területeivel foglalkozik és főleg azokat a feladatokat kezeli, amelyek a hardware megvalósítással kapcsolatosak, különös nyomatékkal az eszközök, áramkörök és IC blokkok tervezésére megcélozva a pontos fizikai alapokon nyugvó modelleket és szimulációs kereteket. •

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. Tudományágakon átnyúló tervezési képességeket és új eszközöket kell kifejleszteni a Rendszer a Tokban (SiP) tervezéshez, hogy optimalizáljuk a rendszer-partícionálást és összeillesszük az eredményül kapott multifizikai rendszert.

•

A Tervezés a Gyártásra és Tervezés a Tesztelhetőségre fontosak minden technológia területen. A tervezés bonyolultságának növekedése, parazita hatások és eszközingadozás által behozott problémák nem oldhatók meg technológiai szinten. Beágyazásuk a tervezési folyamatba, hogy biztosítsuk a termék robusztusságát a gyártási folyamat egészére jelentősen növeli a gyártási hatékonyságot és csökkenti a piacra juttatási időt így hozzájárul az európai ipar versenyképességének növeléséhez és lehetővé teszi az alkalmazások gyorsabb hadrendbe állítását. Ehhez TCAD-ra van szükség, amely megjósolja a gyártási folyamat ingadozásainak hatását az áramkörökre, lehetővé téve, hogy a tervezés foglalkozhasson ezzel az ingadozással. A tesztelés bonyolultsága és költsége gyorsan növekszik az eszközök bonyolultságával és az integrált funkciókkal. A logikai eszközök csökkent költségét kihasználása és bizonyos tesztelési funkcióknak az integrálása magukba az eszközökbe erősen hozzájárulhat a megbízhatósághoz és a költségcsökkentéshez, különösen olyan speciális funkcióknál, mint az analóg és a nagyfrekvenciás esetek. 40


Technológiai kihívások A tervezési módszereknek és eszközöknek le kell fedniük az összes területet az egyetlen nanoeszköz modellezésétől a tokon belüli integrációig. A tervezési lánc mentén a fő kihívások: •

A rés áthidalása beágyazott rendszerekkel (ARTEMIS Work program): a hardver és szoftver valamint az egyes alkatrészek és teljes rendszerek közötti folytonosság lehetővé teszi a folytonosságot az Alkalmazási szoftvertől le a szilíciumig. Rövidtávon a kihívások a HW/SW co-design és a SW/HW interfészek fejlesztés és implementálási szerszámai. Középtávon a fókusznak el kell mozdulni a nem teljesen specifikált rendszerek szimulációjára, a tervezési folyamat metrikáira és a kényszerek által vezérelt automatikus partícionálására.

•

Tervezés az ingadozásra, első prioritásként a paraméterfluktuációk gyors és megbízható kinyerési eljárásait kell kifejleszteni szoros együttműködésben a modellezési szakértőkkel, akik tudatában vannak a modell jelentésének és korlátainak. Ez nagy erősítést igényel a jelenlegi TCAD eszközökben. Középtávon kompakt modellekre van szükség, amelyek megfogják az eszközöknek mind a szimulált, mind a mért statisztikai változékonyságát, és olyan módszerekre és eszközökre, amelyek kibővítik a változékonyság modellezését áramköri blokkokra és IP-kre.

•

More than Moore eszközök: rövidtávon új eszközök viselkedési modelljeire van szükség, hogy kiértékelhessük kompatibilitásukat a rendszerintegrálással, ide értve a mechanikai és folyadékdinamikai modellezést is. Középtávon ezeket a modelleket egymáshoz és a szabványos logikai tervezési eszközökhöz is illeszteni kell, hogy lehetővé váljon a teljes eszköz integrálása vagy szilíciumon, vagy tokban.

•

RF/Analóg-Vegyes jelek: rövidtávon eszközök és áramkörök RF (100GHz-ig) modellezésére, beleértve a kompakt modellezést, van szükség, amelyet az analóg és RF áramkörök teljes verifikálási folyamat követ, beleértve a tokozást és a folyamatingadozást.

•

Kis fogyasztás: rövidtávon eszközöket kell kifejleszteni a dinamikus feszültség- és frekvenciaskálázásra, több küszöbeszköz használatára és a sztatikus teljesítmény optimalizálására. 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 fejlesztendő az eszközleromlások áramköri szintre átterjedése és a hibatűrő tervezési stratégiák, beleértve a vegyes jelű RF funkciókat is.

•

Gyárthatóságra tervezés: rövidtávon szükség van a layout kényszerek megállapítására és modellezésére és a folyamatingadozás kiterjedt jellemzésére, valamint ezek áramköri szintű hatásának szimulációjára. Középtávon szerszámokat kell kifejleszteni a kihozatal-tudatos tervezési folyamathoz és az elhelyezés és vezetékezés optimalizálásához. 41


Tesztelhetőségre tervezés: rövidtávon logika és memóriák megnövelt tesztelhetőségére és BIST (Beépített önteszt) architektúrákat generáló szerszámokra van szükség. Középtávon fejlesztendő a BIST koncepció az analóg, RF és pótlólagos funkciókra (pl. szenzorok), és a tesztelésoptimalizálás, partícionálás a csipen levő BIST és az ATE között, valamint a szeleten végrehajtott és végső tesztelés között.

•

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


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

•

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

•

Tesztelési és méréstechnológiai eljárások fejlesztése

42


F.) Berendezések és anyagok a nanoelektronika számára

Piaci szempontok A nanoelektronikai ipart ellátó berendezés- és anyagipar jelentős része az európai know-hownak. A berendezések és folyamatok fejlesztése egyre összekapcsolódóbb lett és következményként a berendezésgyártó vállalatok gyakran alapvető folyamatszállítók is. A berendezéspiac erősen versengő piac, amely gyakran hoz létre átcsorduló hatásokat egyéb csúcstechnológiai iparágazatokba, mint például a gyógyászat és az autóipar. A szereplők palettája nagyon változatos, nagy multinacionálisoktól az egyedi termékű kis vállalatokig. 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 társítása a tömegtermeléssel és az erős gyártó létesítményekkel mély 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. Az IC gyártáshoz nélkülözhetetlen a megfelelő metrológiai bázis megléte. Ebbe számos eszköz értendő bele: analitikus laboratóriumi eszközök a kutatásfejlesztés és a gyártás háttértámogatására, at-line eszközök az eszközök készítésére nem használt, folyamat-ellenőrzési céllal feldolgozott ún. monitor szilícium-szeletek mérésére, és in-line eszközök az eszközöket tartalmazó szeleteken kialakított teszt-területeken való mérésre. Az at-line eszközöknek képesnek kell lenni nagy sebességgel teljes szeletek térképezésére, míg az inline 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 berendezés és anyagszállítók teszik gyakran lehetővé a modern félvezetős készülékek nagy integráltságát és egyszerűsítését és mint ilyenek lehetővé teszik a közösség egy nagyobb csoportjának a legújabb technológiák előnyeinek kihasználását, pl. környezetintelligencia. Külön figyelmet fordítanak a kevésbé mérgező anyagok használatára és a kevesebb anyag használatára általában azért, hogy csökkentsék 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 43

IMNTP - Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv - 1.3. versenyképes marad anélkül, hogy feláldozná az ipar fenntarthatóságát. Továbbá. a félvezető berendezés- és anyaggyártó iparnak mély hatása van a fejlődő helyi ellátó ökorendszerekre, ezáltal magában is a gazdasági növekedés és magasan képzett munkahelyek erős motorjaként működik. A csúcstechnológiás gyártók beszállítói a megrendelői igények kielégítéséhez jelentős tudományos és felsőoktatási szakmai bázisra számítanak, ezért természetesen készek is áldozni a kutatóhelyek kialakítására és fenntartására (tipikusan együttműködések, pályázati konzorciumok és ösztöndíjak formájában).

Alkalmazási területek A berendezés- és anyagkutatás arra fókuszál, hogy az egész félvezetőipar képességeinek a korlátjait tágítsa, életképessé tegye a fenti Alprogramokban leírt alkalmazási területeket. Eredményei az ellátási láncban lejjebb levő félvezető rendszerintegrátorokat is befolyásolják a költséghatékonyságtól a megbízhatóságig és a szélsőséges feltételek közötti célra alkalmasságig terjedő tartományban.

Technológiai kihívások •

Szubsztrátum-anyagok: Optimális hibajellemzőjű Si és vegyületfélvezető kristály rudak és szeletek fejlesztése. Vékony top Si rétegek fejlesztése a SOI szeletekhez, javítva a felületet és a szeletet; Szélveszteség, javított technológiák, mint az intelligens vágás és a feszített szilícium (metrológia).

•

Eszközprocesszáló berendezések és vegyi anyagok: Berendezések az ITRS menetrend folytatásához kristálynövesztés, anyaglerakás, hőkezelés és maratás; Hajlékony szubsztrátumok és ultravékony szeletek kezelése; Atomi szintű anyaglerakás kifejlesztése, galvanizálás és szelektív anyaglerakási folyamatok; Olyan technológia platformok létrehozása, amelyek lehetővé teszik többfázisú anyagok lerakását, mint például a vezérelt nanoporozitású anyagok és nanolemezek, bioanyagok és önösszeállító rétegek; A (megmunkált) kerámiák térfogati és felületi tisztaság korlátainak tágítása; Lézer alapú alakítórendszerek, mint például mikroszkopikus lyukak fúrása a szelet szintű összekötések átvezetéséhez.

•

Litográfia: Litográfiai eszközök a Moore törvényét követő méretek csökkentésére, szerszámok és módszerek a kép javítására és az üzemelési költségek csökkentésére a kihozatal javításával és a maszktervezés módszerek optimalizálásával; Hipernumerikus apertura bemerítési technológia fejlesztése; Hibaelnyomás a fejlett fotómaszk készítésben és önillesztő vegyészet a fejlett litográfia maszkok feldolgozásához; nanométer léptékű litográfia és folyamatszabályozás; többsugaras technológia (MBT); szelet- és litográfiai maszkpozicionálás; litográfiai folyamatszabályozás; litográfia a 'More than Moore' számára, mint például a teljes szelet exponálás, optikai és nanolenyomat litográfia a +D összekötésekhez; szelet szintű elosztás és tokozás; integrált passzív elemek és flexibilis szubsztrátumok (metrológia). 44


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

•

Metrológia: az előzőekben felsoroltakon túl meg kell kezdeni a nanométer léptékű gyártást lehetővé tévő ultragyors, nagyfelbontású vizsgáló, értékelő és metrológiai folyamatszabályozási eszközök kifejlesztésével; nagyfelbontású fejlett részecskesugár technológia; Ultragyors elektronsugaras vizsgálat; Nanométer léptékű optika vizsgálat (nagy felbontású és 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 a javított folyamatellenőrzés érdekében.

•

Tokozás és végső tesztelés: 3D tokozás, flexibilis tokozások, szelet szintű tokozási módszerek; többszintű tokozási technikák, amelyek lehetővé teszik a SIP-et (rendszer a tokban) és a nagy összekötöttségű rendszerszeleteket; Szabad érzékelő és összekötő területek a szeletszintű tokozáshoz; tesztelésre tervezési (DFT) módszerek hibrid és/vagy memóriaintenzív alkalmazásokhoz; gyártásra 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.


Fém, oxid, polimer tartalmú nanokompozitok kialakítása és határfelületeik funkcionalizálása, speciális struktúrák és összetételek kialakítása

•

Bioneutrális anyagok előállítása

•

Lézeres mikromegmunkálás és felületkezelés fejlesztése

•

Egyedi vákuum-és elektronikai berendezések

•

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

•

Gyártásközbeni minősítő és automatikus mérő eljárások kidolgozása

•

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

•

Különféle rétegellenállás-mérési keletkező roncsolás detektálása. 45

eljárások,

az

implantálás

során


Rövidítések jegyzéke BIST CMOS

Built-in-self-test Complementary Metal-Oxide Semiconductor digitális integrált áramkör készítési technológia EC European Comission Európai Bizottság EDA Electronic Design Automation 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 IVSZ Informatikai Vállalkozások Szövetsége JU Joint Undertaking Közös kezdeményezés, vállalkozás K+F(+I) Kutatás, fejlesztés (és innováció) KKV Kis- és középvállalkozás KSH Központi Statisztikai Hivatal MEMS/NEMS Micro ElectroMechanical Systems / Nano ElectroMechanical Systems NKTH Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal MELT Magyar Elektronikai Társaság OMFB Országos Műszaki Fejlesztési Bizottság PV Photovoltaics fotovillamos RF ID RadioFrequency Identification Radiofrekvenciás azonosító SiP System in Package Rendszer egy tokban SRA Strategic Research Agenda stratégiai kutatási terv TCAD Technology Computer-Aided Design Számítógéppel segített félvezető tervezési, optimalizálási és gyártási módszer

46

Magyar mikro- és nanoelektronikai kutatás-fejlesztési stratégiai terv ( ) Ajánlás 1.3 verzió

Recommend Documents