Minia­tu­ri­sierte opti­sche Sys­teme hoher Inte­gra­ti­ons­dichte”

Axel Deil­mann
Unter­neh­mens­be­ra­ter

  1. Zuwen­dungs­zweck

Das Bun­des­mi­nis­te­rium für Bil­dung und For­schung (BMBF) för­dert das The­men­feld „Minia­tu­ri­sierte opti­sche Sys­teme hoher Inte­gra­ti­ons­dichte” auf der Grund­lage des Pro­gramms „Pho­to­nik For­schung Deutsch­land” und leis­tet damit einen Bei­trag zur Umset­zung der Hig­h­­tech-Stra­­te­­gie der Bun­des­re­gie­rung.

 

1.1.           För­der­ziel und Zuwen­dungs­zweck

Die Minia­tu­ri­sie­rung ist eine der unver­än­dert wich­tigs­ten Ent­wick­lungs­ten­den­zen, nicht nur der opti­schen Tech­no­lo­gien, son­dern tech­ni­scher Sys­teme ins­ge­samt. Hier­für gibt es viel­fäl­tige Gründe:

  1. a) Zunächst erlaubt eine Ver­klei­ne­rung bei glei­cher Funk­tio­na­li­tät eine fle­xi­blere Ver­wen­dung auch unter vor­mals ein­ge­schränk­ten Platz­ver­hält­nis­sen.
  2. b) Des Wei­te­ren ermög­licht die Minia­tu­ri­sie­rung die Inte­gra­tion ver­schie­de­ner Funk­tio­na­li­tä­ten eines Sys­tems in einem ein­zi­gen Fer­ti­gungs­schritt auf einer ein­heit­li­chen Mate­­rial-Plat­t­­form. Höhere Inte­gra­ti­ons­dich­ten füh­ren vor allem zu erheb­li­chen Zuge­win­nen an Sta­bi­li­tät und Per­form­anz. Inte­grierte Schal­tun­gen sind wesent­lich schnel­ler und ener­gie­ef­fi­zi­en­ter als es dis­krete Auf­bau­ten sein kön­nen.
  3. c) Ins­be­son­dere erschließt die Minia­tu­ri­sie­rung völ­lig neue Funk­tio­na­li­tä­ten, die auf der Makro­skala nicht zur Ver­fü­gung ste­hen. Die fort­schrei­tende Minia­tu­ri­sie­rung der Optik eröff­net bei­spiels­weise die Her­stel­lung inte­grier­ter Struk­tu­ren auf Län­gen­s­ka­len unter­halb der­je­ni­gen der Licht­wel­len­länge. Damit las­sen sich direkt die Phase der Licht­welle oder sogar die elek­tri­schen und magne­ti­schen Feld­an­teile des Lichts getrennt kon­trol­lie­ren. Die Mikro­in­te­gra­tion erlaubt über­dies eine wesent­lich engere Ver­bin­dung zwi­schen ver­schie­de­nen phy­si­ka­li­schen Wirk­prin­zi­pien, wie etwa mecha­ni­schen, opti­schen, elek­tro­ni­schen oder auch ther­mi­schen Wir­kun­gen.
  4. d) Eine sol­che Fle­xi­bi­li­tät macht geeig­nete Schnitt­stel­len (mikro­op­ti­sche Sys­teme, z. B. opto-ele­k­­tro­­ni­­sche) erfor­der­lich, die es gestat­ten, den jewei­li­gen phy­si­ka­li­schen Trä­ger eines Signals oder einer Wir­kung mög­lichst ein­fach zu wech­seln. Dazu gehört auch die Anbin­dung an eine im Ide­al­fall ein­ge­bet­tete elek­tro­ni­sche Daten­ver­ar­bei­tung.
  5. e) Der Ent­wurf sol­cher kom­ple­xer, minia­tu­ri­sier­ter Sys­teme bedarf aus­ge­feil­ter Design-Wer­k­­zeuge, die das Zusam­men­wir­ken der jewei­li­gen funk­tio­na­len Bestand­teile simu­lie­ren und so ver­bes­sern kön­nen. Die ent­spre­chen­den Anfor­de­run­gen gehen dabei über das reine Schal­tungs­de­sign deut­lich hin­aus und umfas­sen je nach Aus­le­gung und Ein­satz­zweck des Sys­tems bei­spiels­weise auch des­sen mecha­ni­sche und ther­mi­sche Eigen­schaf­ten, sowie des­sen Inter­ak­tion mit ein­ge­hen­den Signa­len und Wir­kun­gen z. B. bei Sen­so­ren für Kame­ras oder Mensch-Maschine-Kom­­mu­­ni­­ka­­ti­on­s­­sys­­te­­men. Im Ide­al­fall kann man das Gesamt­sys­tem mit allen rele­van­ten phy­­si­­ka­­lisch-tech­­ni­­schen Eigen­schaf­ten mit nur einer ein­zi­gen Soft­ware ent­wer­fen und simu­lie­ren, so dass Wech­sel­wir­kun­gen zwi­schen den funk­tio­na­len Ebe­nen schon im Design erkannt und berück­sich­tigt wer­den kön­nen.
  6. f) Außer­dem sind Ver­fah­ren zur Her­stel­lung der inte­grier­ten Mikro­sys­teme bis­lang nicht stan­dar­di­siert, son­dern müs­sen spe­zi­fisch angepaßt, opti­miert und erfor­der­li­chen­falls kom­plett neu ent­wi­ckelt wer­den. Auf­­­bau- und Ver­bin­dungs­tech­nik kön­nen in vie­len Anwen­dun­gen bis zu 80 % der Gesamt­kos­ten inte­grier­ter Pho­tonik­lö­sun­gen aus­ma­chen. Hier liegt ent­schei­den­des Know-how in der opti­ma­len Kom­bi­na­tion unter­schied­li­cher Ver­fah­ren und deren effi­zi­en­ter Anpas­sung und Anwen­dung.
  7. g) Schließ­lich sind die Ver­wen­dungs­zwe­cke mikro­op­ti­scher Sys­teme hoch­gra­dig divers. Bei ihrer Pro­duk­tion sind des­halb gerin­gere Kos­ten­re­duk­tio­nen durch Ska­len­ef­fekte zu erwar­ten als bei­spiels­weise bei der Mikro­elek­tro­nik. Jedoch ist gerade das fall­spe­zi­fi­sche Wis­sen um die Rea­li­sie­rung unter­schied­li­cher minia­tu­ri­sier­ter, mikro­op­ti­scher Sys­teme eine Stärke des Stand­orts Deutsch­land und ins­be­son­dere der hier pro­du­zie­ren­den mit­tel­stän­di­schen Unter­neh­men.

Die Bekannt­ma­chung „Minia­tu­ri­sierte opti­sche Sys­teme hoher Inte­gra­ti­ons­dichte” ver­folgt das Ziel, diese Ent­wick­lun­gen auf allen Ebe­nen zu unter­stüt­zen und Unter­neh­men in Deutsch­land dazu zu befä­hi­gen, die vor­han­de­nen her­vor­ra­gen­den Kom­pe­ten­zen wei­ter aus­zu­bauen, sich eine füh­rende Stel­lung auf dem Welt­markt zu erar­bei­ten und diese zu behaup­ten.

Das BMBF will mit der För­der­maß­nahme koope­ra­tive, vor­wett­be­werb­li­che Ver­bund­pro­jekte unter­stüt­zen, die zu völ­lig neuen oder wesent­lich ver­bes­ser­ten tech­ni­schen Lösun­gen im Bereich minia­tu­ri­sier­ter, hoch­in­te­grier­ter opti­scher Sys­teme füh­ren. Kenn­zei­chen der Pro­jekte sind ein hohes Risiko und eine beson­dere Kom­ple­xi­tät der For­schungs­auf­gabe. Für eine Lösung sind in der Regel inter- und mul­ti­dis­zi­pli­nä­res Vor­ge­hen und eine enge Zusam­men­ar­beit von Unter­neh­men und For­schungs­ein­rich­tun­gen erfor­der­lich.

 

  1. Gegen­stand der För­de­rung

Im Zen­trum die­ser För­der­maß­nahme ste­hen For­schungs­ar­bei­ten, die sich mit tech­ni­schen Sys­te­men und Anwen­dun­gen befas­sen, deren wesent­li­che Funk­ti­ons­trä­ger neu­ar­tige, optisch mikro­in­te­grierte Sys­teme sind. Es kön­nen Anwen­dun­gen aus allen Spek­tral­be­rei­chen vom ultra­vio­let­ten (UV) Licht bis zum fer­nen Infra­rot (FIR) betrach­tet wer­den. In der Befas­sung mit sol­chen Sys­te­men sol­len ins­be­son­dere auch neue und effi­zi­ente Ver­fah­ren zu deren Her­stel­lung Gegen­stand der For­schung sein. Dies schließt auch alle erfor­der­li­chen Arbei­ten zur Auf­­­bau- und Ver­bin­dungs­tech­nik mit ein.

For­schungs­ar­bei­ten kön­nen bei­spiels­weise beinhal­ten:

v  mikro­in­te­grierte opti­sche und ele­k­­tro-opti­­sche Schalt­kreise bei­spiels­weise für Anwen­dun­gen in der Meß- und ­Signal­tech­nik, der Maschi­nen­steue­rung, Kom­­mu­­ni­­ka­­ti­ons- und Fahr­zeug­tech­nik, mikro­in­te­grierte Sys­tem­kom­po­nen­ten wie Pola­ri­sa­to­ren, Nano­an­ten­nen, Fil­ter, Mul­ti­ple­xer, Schalt­ele­mente, Mikro­­lin­­sen-Arrays etc.,

v  Koin­te­gra­tion von mikro­in­te­grier­ten und Wel­­len­­lei­­ter-inte­­grier­­ten Kom­po­nen­ten,

v  neue, effi­zi­ente Kon­zepte für die mono­li­thi­sche Inte­gra­tion, Hete­ro­in­te­gra­tion, oder hybride Inte­gra­tion optisch ­akti­ver Struk­tu­ren, ins­be­son­dere in anwen­dungs­tech­nisch rele­van­ten Wel­len­län­gen­be­rei­chen,

v  neue inte­grierte opto-ele­k­­tro­­ni­­sche Sen­­sor-Arrays und Sen­sor­sys­teme,

v  neue Kon­zepte für mikro­in­te­grier­bare, mul­ti­modale Sen­­sor- oder Kame­ra­funk­tio­nen,

v  mikro­in­te­grierte ele­k­­tro-opti­­sche Schal­tun­gen,

v  mikro­in­te­grierte opto-mecha­­ni­­sche Sys­teme,

v  neue Kon­zepte für ele­k­­tro-opti­­sche Schnitt­stel­len, wie mikro­in­te­grierte Sende- und Emp­­fangs-Dioden und Dioden-Arrays, ein­schließ­lich Simu­la­tion und Unter­su­chung der Signal­aus­brei­tung in sol­chen Struk­tu­ren,

v  neue Kon­zepte für optisch wirk­same Medien auf Basis von Sub­wel­len­län­gen­struk­tu­ren, Simu­la­tion der Signal­aus­brei­tung in sol­chen Struk­tu­ren, Schnitt­stel­len zu kon­ven­tio­nel­len Kom­po­nen­ten,

v  neue Kon­zepte für kom­pakte mikro­op­ti­sche Sys­teme mit deut­lich ver­bes­ser­ter Sta­bi­li­tät und Robust­heit auch unter rauen Ein­satz­be­din­gun­gen,

v  neue Pro­zesse zur ein­fa­chen und prä­zi­sen Her­stel­lung inte­grier­ter mikro­op­ti­scher Struk­tu­ren und Sys­teme, ins­be­son­dere hoch­ef­fi­zi­ente, kos­ten­güns­tige Litho­gra­phie­ver­fah­ren und Metho­den zum Direkt­druck opti­scher Struk­tu­ren,

v  neue Mate­ria­lien und Mate­ri­al­sys­teme zur Ver­ein­fa­chung von mikro­op­ti­schen Pro­duk­ti­ons­pro­zes­sen, zur Erschlie­ßung neuer opti­scher Funk­tio­nen, oder zur Erschlie­ßung neuer Wel­len­län­gen­be­rei­che,

v  Ver­fah­ren für die auto­ma­ti­sierte Auf­­­bau- und Ver­bin­dungs­tech­nik inte­grier­ter opti­scher und elek­tro­op­ti­scher Sys­teme,

v  neue Kon­zepte zur ein­fa­chen Posi­tio­nie­rung, Jus­tage und Kon­tak­tie­rung opti­scher Kom­po­nen­ten, bei­spiels­weise auf Sys­tem­pla­ti­nen oder in stan­dar­di­sier­ten Häu­sun­gen,

v  Inte­gra­tion opti­scher Lei­ter in Sys­tem­pla­ti­nen, fle­xi­ble opti­sche und opto­elek­tro­ni­sche Inter­con­nects,

v  neue Kon­zepte für die Ver­kap­se­lung und Wider­stands­fä­hig­keit gegen Umwelt­ein­flüsse sowie für eine kos­ten­güns­tige Gehäu­se­tech­nik,

v  neue Design-Wer­k­­zeuge für den platt­form­über­grei­fen­den, ganz­heit­li­chen Ent­wurf opto­elek­tro­ni­scher, ele­k­­tro-opti­­scher und opto-mecha­­ni­­scher Mikro­sys­teme,

v  neue Kon­zepte und Ver­fah­ren zur Kodie­rung und Wand­lung opti­scher Signale in mikro­op­ti­schen und spe­zi­ell ele­k­­tro-opti­­schen Sys­te­men.

 

  1. Zuwen­dungs­emp­fän­ger

Antrags­be­rech­tigt sind Unter­neh­men der gewerb­li­chen Wirt­schaft, die zum Zeit­punkt der Aus­zah­lung einer gewähr­ten Zuwen­dung eine Betriebs­stätte oder Nie­der­las­sung in Deutsch­land haben, Hoch­schu­len und außer­uni­ver­si­täre For­schungs­ein­rich­tun­gen. For­schungs­ein­rich­tun­gen, die von Bund und /​​ oder Län­dern grund­fi­nan­ziert wer­den, kann neben ihrer insti­tu­tio­nel­len För­de­rung nur unter bestimm­ten Vor­aus­set­zun­gen eine Pro­jekt­för­de­rung für ihre zusätz­li­chen pro­jekt­be­ding­ten Aus­ga­ben bezie­hungs­weise Kos­ten bewil­ligt wer­den.

Die Betei­li­gung klei­ner und mitt­le­rer Unter­neh­men (KMU) ist aus­drück­lich erwünscht und führt bei der Pro­jekt­be­gut­ach­tung zur Auf­wer­tung.

 

  1. Zuwen­dungs­vor­aus­set­zun­gen

Vor­aus­set­zung für die För­de­rung ist das Zusam­men­wir­ken meh­re­rer unab­hän­gi­ger Part­ner zur Lösung gemein­sa­mer F&E‑Aufgaben (Ver­bund­pro­jekte). Eine För­de­rung von Ein­zel­vor­ha­ben ist nicht beab­sich­tigt.

Die Vor­ha­ben soll­ten ent­lang der Wert­schöp­fungs­kette struk­tu­riert sein, dem­entspre­chend sol­len alle Part­ner ein­be­zo­gen wer­den, die für eine Ver­wer­tung der Pro­jekt­er­geb­nisse erfor­der­lich sind.

Die Part­ner eines Ver­bund­pro­jekts regeln ihre Zusam­men­ar­beit in einer schrift­li­chen Koope­ra­ti­ons­ver­ein­ba­rung. Vor der För­der­ent­schei­dung über ein Ver­bund­pro­jekt muß eine grund­sätz­li­che Über­ein­kunft über bestimmte vom BMBF vor­ge­ge­bene Kri­te­rien nach­ge­wie­sen wer­den.

 

  1. Art und Umfang, Höhe der Zuwen­dung

Zuwen­dun­gen kön­nen im Wege der Pro­jekt­för­de­rung als nicht rück­zahl­bare Zuschüsse gewährt wer­den. Bemes­sungs­grund­lage für Zuwen­dun­gen an Unter­neh­men der gewerb­li­chen Wirt­schaft sind die zuwen­dungs­fä­hi­gen pro­jekt­be­zo­ge­nen Kos­ten, die in der Regel – je nach Anwen­dungs­nähe des Vor­ha­bens – bis zu 50 % anteil­fi­nan­ziert wer­den kön­nen. Nach BMBF-Grun­d­­sä­t­­zen wird eine ange­mes­sene Eigen­be­tei­li­gung – grund­sätz­lich min­des­tens 50 % der ent­ste­hen­den zuwen­dungs­fä­hi­gen Kos­ten – vor­aus­ge­setzt.

Bemes­sungs­grund­lage für Hoch­schu­len, For­­schungs- und Wis­sen­schafts­ein­rich­tun­gen und ver­gleich­bare Insti­tu­tio­nen sind die zuwen­dungs­fä­hi­gen pro­jekt­be­zo­ge­nen Aus­ga­ben (bei Hel­m­holtz-Zen­­tren und der Fraun­­ho­­fer-Gesel­l­­schaft die zuwen­dungs­fä­hi­gen pro­jekt­be­zo­ge­nen Kos­ten), die indi­vi­du­ell bis zu 100 % geför­dert wer­den kön­nen. Bei For­schungs­vor­ha­ben an Hoch­schu­len oder Hoch­schul­kli­ni­ken wird zusätz­lich zu den zuwen­dungs­fä­hi­gen Aus­ga­ben eine Pro­jekt­pau­schale in Höhe von 20 % gewährt.

Es wird erwar­tet, dass sich Unter­neh­men der gewerb­li­chen Wirt­schaft im Hin­blick auf die Umset­zungs­nähe ent­spre­chend ihrer Leis­tungs­fä­hig­keit an den Auf­wen­dun­gen der Hoch­schu­len und öffent­lich finan­zier­ten For­schungs­ein­rich­tun­gen ange­mes­sen betei­li­gen, sofern Letz­tere als Ver­bund­part­ner mit­wir­ken. Als ange­mes­sen gilt in der Regel, wenn in Summe über den Ver­bund eine Eigen­be­tei­li­gung der Ver­bund­part­ner in Höhe von min­des­tens 40 % an den Gesam­t­­kos­­ten/-aus­­­ga­­ben des Ver­bund­pro­jekts erreicht wird. Bei der Berech­nung die­ser Ver­bund­för­der­quote von maxi­mal 60 % sind Boni für KMU sowie in den Auf­wen­dun­gen von Hoch­schu­len ent­hal­tene Pro­jekt­pau­scha­len nicht zu berück­sich­ti­gen; diese wer­den zusätz­lich gewährt.

 

Deil­mann Busi­ness Con­sul­ting ist lang­jäh­rig auf die För­der­mit­tel­be­ra­tung von KMU spe­zia­li­siert. Wir haben bereits zahl­rei­che Pro­jekte mit Finan­zie­rungs­för­de­run­gen und Zuschüs­sen erfolg­reich beglei­tet. Durch unsere bun­des­weit sehr gute Ver­net­zung mit den För­der­insti­tu­tio­nen und unsere Erfah­rung in den Bean­tra­gungs­pro­zes­sen zeich­nen wir uns durch eine pro­fes­sio­nelle Ana­lyse, eine aus­ge­feilte Kon­zep­tion und eine erfolg­rei­che Antrag­stel­lung in der För­der­be­ra­tung aus.

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