Enschede en Eindhoven krijgen proeffabriek voor fotonische chips

Met Europees geld worden in twee Nederlandse universiteitssteden proefproductielijnen opgezet voor fotonische chips. Wat zijn dit voor chips en wat kan deze technologie voor ons land betekenen? Zeven vragen over fotonica.

Begin november werd bekend dat de Europese Unie 380 miljoen euro uittrekt voor proeffabrieken die fotonische chips kunnen maken. Van dat geld komt naar verwachting 133 miljoen euro terecht in ons land; Nederland betaalt zelf ook mee. Het geld is bedoeld voor de bouw van proefproductielijnen in Enschede en Eindhoven.

Wat gaan die fabriceren, wat kun je met fotonica en waar staat ons land eigenlijk op dit gebied? Een rondgang langs experts.
 

Wat is fotonica ook alweer?

Fotonica is de verzamelnaam voor chips, kabels en andere componenten die op basis van lichtsignalen werken. Daarmee geldt ze als de tegenhanger van elektronica, waar het draait om onderdelen en apparaten die juist met elektrische stroompjes werken. 

Hebben we het over fotonica, dan gaat het meestal over fotonische chips: chips die werken met licht. Omdat licht veel sneller beweegt dan elektronen, zou er in theorie veel sneller en zuiniger mee te rekenen zijn. Ook het verwerken van data zou veel sneller gaan. Maar fotonische chips werken niet solitair: ze zijn altijd gekoppeld aan elektronische componenten. Rekenen en het opslaan van data gebeurt immers (nog) in het elektrische domein.

Wat wordt er verwacht van fotonica?

Bij communicatie via glasvezel wordt dit type chip al veel langer ingezet, maar op veel andere vlakken moet ‘geïntegreerde fotonica’ de belofte nog inlossen. Hoewel fotonische chips nog niet in grote aantallen worden geproduceerd, zijn er al wel enkele toepassingen. 

Zo kunnen speciale, aan glasvezels gekoppelde chips de vervorming van grote constructies meten. Ook maken chips die werken op licht datacenters nu al een stuk energiezuiniger. ‘Werken met licht kost nu eenmaal minder energie per bit dan met elektrische stroom’, zegt Arne Leinse. Hij is ceo van het bedrijf LioniX in Enschede, dat onder meer fotonische chips maakt en onderdelen ervan.

Andere mogelijke toepassingen zijn augmented/ virtual reality-brillen waarin heel kleine lichtbronnen nodig zijn, lidarsystemen en dataoverdracht met lasers, en niet te vergeten toekomstige quantumcomputers.

De wereldwijde markt voor de productie van photonic integrated circuits (PIC’s) groeit de komende tien jaar naar verwachting met meer dan 400 procent. ‘Tegen het einde van het decennium bedraagt de wereldwijde fotonicamarkt naar verwachting meer dan vijftienhonderd miljard euro’, meldt een persbericht van het ICFO in Barcelona, dat de samenwerking in PIXEurope coördineert.

Wat gaat er nu gebeuren?

De Europese Commissie heeft een enorm bedrag gereserveerd voor PIXEurope. Dit is een samenwerking waarin onderzoeksinstellingen in verschillende landen een netwerk van pilotlijnen voor fotonische chips willen opzetten. In PIXEurope zitten instellingen uit België, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, het Verenigd Koninkrijk en Nederland.

De 133 miljoen euro die voor Nederland is bestemd, wordt dus gebruikt om in zowel Enschede als Eindhoven een productielijn te bouwen voor fotonische chips. Die lijnen worden opgezet door onderzoekers van de technische universiteiten aldaar en van TNO. Details kunnen per locatie variëren, maar daarbij valt te denken aan het inrichten van een cleanroom met verschillende machines en het ontwikkelen van de processen voor het bouwen van de op licht werkende chips. 

‘Het inrichten van de process flow en meettechnieken om te bepalen wat de kwaliteit is van de geproduceerde chips en wat de opbrengst aan gelukte chips is, zijn ook onderdeel van een productielijn’, zegt Martijn Heck, hoogleraar fotonische integratie aan de TU Eindhoven.

De technische universiteiten in beide steden richten zich ieder op verschillende technologieën. In Enschede heeft men zich gespecialiseerd in siliciumnitride als materiaal om mee te werken; in Eindhoven weten de ingenieurs alles van indiumfosfide, een andere halfgeleider.

‘Het zijn technologieën die elkaar aanvullen’, legt Leinse uit. ‘Vaak zijn voor het maken van een product beide aanpakken nodig.’

‘Siliciumnitride is een halfgeleider waar licht met heel lage verliezen doorheen gaat’, zegt Heck. ‘Maar je kunt er geen lichtbron van maken; daarvoor is indiumfosfide nodig.’
 

Openingsbeeld: Deze spectrometer bestaat uit arrayed waveguide gratings die wit licht splitsen in vijftig kanalen. Doordat siliciumnitride over een breed golflengtegebied licht doorlaat (405 - 2350 nanometer) zijn toepassingen in het zichtbare en infrarode spectrum mogelijk. Foto: LioniX