20/09/2005 # 1 www.acreo.se

Var står nanotekniken idag - och hur ser framtiden ut?

Jan Andersson, Acreo

20/09/2005 # 2 www.acreo.se

Innehåll

Vad är nanoteknik?Vad är läget för nanotekniken idag?Vilka framtidsutsikter har den?

20/09/2005 # 3 www.acreo.se

Vad lovar nanotekniken enl “vurmarna”?

Några nanovisioner:Superintegrerad elektronik

Terabyte-minnen (skriv-läs, ickeflyktiga)

Högintensiva ljuskällor med låg effektförbrukning

Superdatorer baserade på molekylära aggregat

Billiga optoelektroniska komponenter och IC

Kompakta högeffektiva batterier

Biochips för diagnos och för invärtes avkänning

Nya material för optik, elektronik och mekanisk styrka

Lågkostnadsproduktion av material och komponenter

En blomstrande industriell verksamhet hägrar!

Nan

otek

2005

Framtid!!!

20/09/2005 # 4 www.acreo.se

Från ”Ny Teknik” 4 maj -05

Belackarna:”Hajpad nano inget för industrin”

Flummigt begreppSvårt att sälja in nanoteknologiHittills bara forskningMånga år innan tekniken är mogen

Är det så? Nanotek

2005

Framtid???

20/09/2005 # 5 www.acreo.se

När startade allting?

Feynmans föreläsning 1959 “There is plenty of room at the bottom”Ordet “nanoteknologi” användes förstagången 1974 av N. Tanigushi vid Tokyo University

20/09/2005 # 6 www.acreo.se

Nanodimensioner

Nanotekniken handlar om att arbeta med och manipulera objekt som är mellan 0.1-100 nanometer stora

20/09/2005 # 7 www.acreo.se

Nanoteknologi - definition

Vad är nanoteknologi?– Material, strukturer eller system vars

egenskaper kritiskt beror på dimensioner mindre än 100 nanometer

– Noggrann styrning av dimensionerna krävs– Tillverkning sker på nästan atom- eller

molekylnivån– Komponenter och material med nya unika

optiska, elektriska, kemiska, biologiska och/eller mekaniska egenskaper

– Multi-disciplinärt område

20/09/2005 # 8 www.acreo.se

Nano är mest forskning

Universitetslab och institut har arbetat aktivt med nanoteknologi under mer än 15 år

20/09/2005 # 9 www.acreo.se

FoU => kommersialisering

Forskningsresultat håller nu på attkommersialiseras av:

– Stora multinationella företag (IBM, HP, Motorola, NEC, ...)

– Små uppstartföretag - men oftastkrävs produktionsresurser/lab

Problem för riskkapitalister:– nanoteknologi täcker tillämpningar i

flera marknader, and går tvärsetablerade discipliner

– företagsledningar prioriterar mellantillämpningar/ marknader

20/09/2005 # 10 www.acreo.se

Företag fördelade efter teknikområde

NanoChemicals

NanoDevices

NanoMaterials

NanoPowders

NanoTubes

Research

SoftwareMedia

Consulting

NanoBiotechnology

NanoMachines

NanoInstruments

Altogether 590 registered companies in the nanotech field, worldwide

20/09/2005 # 11 www.acreo.se

Companies distribution by country

number

20/09/2005 # 12 www.acreo.se

Minst-seminarium 050916

Kraven på industriell produktion av komponenter/sensorer?– Tillräckligt högt utbyte– Reproducerbarhet/ stabil process– Möjlighet att skala upp till större volymer– Låg kostnad och tillräckligt hög prestanda– Enkel kontaktering, montering och kapsling

Fördelar med nanoteknologi– Nya funktioner– Effektivare gränssnitt mellan t ex bio- och

elektroniska “världarna”– Extrem integration till små dimensioner– Högre hastighet

20/09/2005 # 13 www.acreo.se

Inkubator

Uppstartföretag kan behöva utnyttja befintligt FoU-laboratoriums resurser för sin verksamhet –åtminstone i början

I Stockholm finns Electrum-laboratoriet

20/09/2005 # 14 www.acreo.se

Laboratorium för industriell nanoteknologi

FoU-labFoundry

Separat

Produktions-

enhet

Epitaxi - kristallodling

III-V-process

Kisel- och MEMS-process

Litografi - nano+mikro

Mätning -

nano + mikro

Produktutveckling

ProduktionslabÅterkoppling, erfarenhet

Pengar

Bioteknologi

20/09/2005 # 15 www.acreo.se

Nanoteknologi-områden

Kisel-IC o NEMS (superintegrerade kretsar, nya sensorer)Kvanthalvledarteknik (kvantprickar, kvanttrådar, f. fotonik)Magnetik (hårddiskar, icke-flyktiga minnen)Spintronik (sensorer, snabb elektronik)Bioteknologi (biosensorer)Nanorör (kolnanorör f. elektronik, displayer, material)Annan materialteknik (nanopartiklar, pulverkemi)

Tillverkningsutrustning (nanolitografi)Karakteriseringsutrustning (AFM, röntgen, TEM)

20/09/2005 # 16 www.acreo.se

Nano för IT“Top-down”- och “bottom-up”-metoder

– Top-down (exempel: litografi)• Skapa ett mönster i stor skala• Minska mönsterdimensionerna• Överför mönstret till ett substrat och skapa ett

nanomönster t ex genom etsning– Bottom-up (exempel: självorganisation av

kvantprickar)• Utgå från noggrannt utvalda atomer och

molekyler och bygg upp nanostrukturer fråndessa

Tid

Storlek på

funktionell

struktur

Top-down: fysik & elektronik

Bottom-up: kemi, materialteknik & bioteknologi

20/09/2005 # 17 www.acreo.se

IC-teknologi

Kisel-IC-teknologi– Idag dominerad av CMOS – med

applikationer överallt– Moores (första) lag går i väggen?

20/09/2005 # 18 www.acreo.se

Kisel-IC-teknologi

CMOS-fabriker blir allt kostsammare(Moores andra lag)

20/09/2005 # 19 www.acreo.se

Kvant-nanoteknologi

Skiva

GaAs-

substrat

AlGaAs

GaAs

Kvantbrunnar är tunna skikt av halv-

ledarmaterial med ett litet bandgap (t ex

galliumarsenid-GaAs) inbäddade i ett

material med stort bandgap (t ex AlGaAs).

Tjocklekar typiskt 2-50 nanometer.

Högprestanda och

Lågkostnadskomponenter

Elektronik - optoelektronik

20/09/2005 # 20 www.acreo.se

Kvantkomponenter

QWIP – Kvantbrunns-IR-detektorUtvecklad av Acreo. Tillverkas av Acreo

Valens-band

Barriär Brunn

tjocklek ≈ 5.0 nm

Lednings-bandEF

E2

E1

hν

Wafer

GaAs

substrat

AlGaAs

GaAs

Ene

rgi

20/09/2005 # 21 www.acreo.se

QWIP-kamera

IR-bild tagen med QWIP-kameraQWIP-kamera från FLIR Systems

Detektormatris320x240 pixlartotalstorlek 14x11 mm

Tillverkas idag av Acreo för FLIR Systems räkning

20/09/2005 # 22 www.acreo.se

Kvant-nanoteknologi

Kvantprickar är små öar av halvledarmaterial som påminner

om konstgjorda atomer

Utnyttjas för diverse optoelektroniska komponter: lasrar, modulatorer,

detektorer

20/09/2005 # 23 www.acreo.se

Optiska/optoelektroniska komponenter

Kvantprickslaser

Fotoniska

bandgaps-

kristaller

Kvantpricks-IR-detektor:

QDOT

20/09/2005 # 24 www.acreo.se

Magnetik

Giant magnetoresistive effect - GMR

Läshuvuden för magnetiska hårddiskar, och flashminnen (MRAM)

20/09/2005 # 25 www.acreo.se

Nanorör

Kolnanorör har tillämpningar– som el ledare för nanokretsar– som fält-emittrar för bildskärmar, som

aktiva komponenter (transistorer)– för NEMS (nanomekaniska kretsar)– för superstarka material

20/09/2005 # 26 www.acreo.se

Bio-nano-sensor

Midorion - Superkänslig biosensor

20/09/2005 # 27 www.acreo.se

Utrustning för nanoteknologi

Tillverkningsutrustning– Konventionell litografi– Nya typer av litografi

Karakteriseringsutrustning– Atomic force microscopy (AFM)– Konventionell karakterisering: röntgen,

fotoluminescens, etc.

20/09/2005 # 28 www.acreo.se

Hur ser framtiden ut?Framtid> 2025

Nanoteknologi

Kort sikt 1-5 årSensorer – NEMS, material, biotek

Nya material för optikoch elektronik(kvantbrunnar, kvantprickar)

Medellång sikt 5-10 årHögintegrerad CMOS

Minnen - höghastighet, icke-flyktiga

Lågkostnads opto och elektronik

Högeffektiva ljuskällor

Biosensorer

Lång sikt 10-30 årSuperintegrerad elektronik

Molekylär elektronik

Superprocessorer

Trender för industriell nanoteknologi

2005

20/09/2005 # 29 www.acreo.se

Hur ser framtiden ut?

Kvant-nanomaterial

Framtid> 2025

Kisel-CMOS +MEMS

Molekylär elektr.

Kvant-nano-IC

Industriella aktiviteter

Moores lag?NEMS

Bio-komponenter/sensorer

2005

20/09/2005 # 30 www.acreo.se

Sammanfattning och slutsatser

– Nanoteknologi är multi-disciplinärt– Manipulerar objekt < 100 nanometer– Material kan skräddarsys för viss

tillämpning– Viktig för sensorteknologi – högre

prestanda och mindre dimensioner + effektiva gränssnitt

– Industriella tillämpningar kommer påkort sikt att handla om komponenterbaserade på nya högprestanda-material samt biosensorer

– Först på längre sikt kommer högstamöjliga integration att eftersträvasför kommersialisering

20/09/2005 # 31 www.acreo.se

Industrial Nano- and Microtechnology

Nano- and Microtechnology applied to the present and future industrial needs

Electronics - Optronics - Sensors

Materials - Processes - Devices - Modules - Systems

20/09/2005 # 32 www.acreo.se

INM Technology

Materials & Processes• SiC & GaAs epitaxy• Quantum nanomaterials• Semiconductor processing - Si, SiC, GaN, GaAs, InP• MEMS incl quartz and polymers processing• Flip-chip bonding - Arrays & precision

Devices & Modules• High frequency & power transistors & diodes• Detector arrays - Imaging sensors (IR, X-ray)• Arrays of electroabsorption modulators - SLM• Optical packaging - Microbenches• Medical sensors• Lab-on-chip Systems

• Optical signal processors - Image analysis• Broadband optical networks• Bio-analysis µ-fluidics

20/09/2005 # 33 www.acreo.se

INM Applications & Market

Sensors

ElectronicsOpto-

electronics

Processing &Measurement

Laboratory

Medical Biotech

Paper

Vehicles

Security

Defence TelecomElectronics