Terugblik op imecs hoogtepunten uit 2020

Het is een uitzonderlijk jaar geweest. De COVID-19-pandemie heeft ons leven harder en langer door elkaar geschud dan we allemaal hadden verwacht. Ondanks de stressvolle en moeilijke tijden voor ons allen, kijken we terug op 2020 met fenomenale resultaten voor imec. We presenteren ze hier vanuit onze overtuiging dat we vooral moeten kijken naar de positieve veranderingen die kunnen voortkomen uit deze uitdagende tijden. Ze inspireren ons om voorop te blijven lopen in innovaties die ons leven en werk aangenamer maken; en in het post-COVID tijdperk ongetwijfeld anders zullen zijn dan wat we gewend waren. Met nog meer nadruk op niet-technologische aspecten en prioriteiten die tijdens de huidige crisis veel zichtbaarder zijn geworden; zoals duurzaamheid, fysieke en geestelijke gezondheid, solidariteit en sociaal bewustzijn. Want, ook al zijn ze van nature niet-technisch, technologische ontwikkelingen spelen een cruciale rol in het ondersteunen en mogelijk maken ervan.

Geïnspireerd door de verwezenlijkingen van 2020, bedankt imec iedereen die eraan heeft meegewerkt en wenst iedereen een voortvarend 2021, met terug een evenwichtiger leven en volop mogelijkheden om samen te innoveren voor een betere toekomst.

Onze categorieën met de hoogtepunten uit 2020:

• Succesvol omgaan met de pandemie: technologische bijdragen.
• Succesvol omgaan met de pandemie: operationele aanpassing.
• Wereldpremières uit de cleanrooms.
• Samenwerking met partners.
• Doorgedreven functionele miniaturisatie van halfgeleidertechnologie.
• Halfgeleidertechnologie inzetten voor grote applicatie-uitdagingen.
• Internationale erkenning.
• Spin-offs en venturing support.
• De visie van de CEO.

Succesvol omgaan met de pandemie: inzet van technologie en kennis

Imec zou imec niet zijn als het zijn kennis en technologie niet zou inzetten voor de aanpak van de wereldwijde pandemie. Het meest zichtbaar was waarschijnlijk de aankondiging van de ontwikkeling van een SARS-CoV-2-test om positieve gevallen te identificeren en in minder dan vijf minuten te bevestigen of iemand besmettelijk is. De baanbrekende aanpak zal gebruik maken van virusdeeltjes in uitgeademde lucht voor snelle, gemakkelijke, comfortabele en grootschalige sneltesten. Imec werkt samen met het UZ Leuven voor de klinische validatie van de oplossing en met Brussels Airport voor het testen van de functionele prototypes.

Maar ook indirect draagt imec-technologie bij aan de aanpak van de pandemie en de gevolgen ervan. Bijvoorbeeld dankzij de samenwerking met Lopos, een spin-off van imec en de Universiteit Gent, die de SafeDistance wearable commercialiseert die medewerkers helpt om de richtlijnen voor social distancing te volgen door middel van een geluids- of trilalarm. De wearable garandeert privacy door afstand te meten zonder gegevens te loggen of op te slaan. In een gelijkaardige context werkte imec ook samen met Romware voor de ontwikkeling van hun wearable die de veiligheid garandeert van werknemers in industriële omgevingen. Dankzij enkele aanpassingen kan de Romware Covid Radius nu ook bijdragen tot het voorkomen van corona-besmettingen op de werkplek.

Daarenboven zijn enkele onderwerpen niet specifiek opgestart vanwege de pandemie, maar bieden er wel een antwoord op. Bijvoorbeeld de lancering van een nieuwe spin-off genaamd CrowdScan. Als spin-off van imec en de Universiteit Antwerpen ontwikkelde CrowdScan een systeem om mensenmassa’s in realtime te meten met behulp van een draadloos sensornetwerk en zonder gebruik te maken van camerabeelden, mobiele telefoongegevens of andere privacygevoelige informatie. Toen de COVID-19-crisis uitbrak, besefte CrowdScan onmiddellijk de toegevoegde waarde van de technologie om de samenleving te helpen zich aan te passen aan de nieuwe regels voor social distancing. In mei werd een succesvol proefproject gestart om de grootte van groepen te meten op een brug en een straat in de buurt van het MAS-museum in Antwerpen. Ook helpt de CrowdScan-technologie voor het meten van de drukte in steden als Gent.
Een andere bestaande activiteit die plots relevanter werd, was het i-Learn-programma dat imec coördineert. Het werd in september 2019 door de Vlaamse overheid gelanceerd om gepersonaliseerd digitaal leren in het Vlaamse onderwijs te ondersteunen. Toen basisscholen en middelbare scholen in maart 2020 plots moesten overstappen op afstandsonderwijs, lanceerde het i-Learn-consortium snel een tijdelijk online platform “Onderwijs gaat viraal” met gratis beschikbare digitale tools. De verzamelde tools kregen inmiddels een permanentere locatie dankzij een kennisoverdracht aan KlasCement.

Tot slot zette imec ook zijn kennis en netwerk in voor de campagne Vlaanderen helemaal digitaal. Deze taskforce bracht alle digitale initiatieven die bedrijven, maatschappij en overheden beter konden doen werken in kaart, stemde die onderling af en zorgde voor de nodige promotie. En maakt professor Pieter Ballon, verbonden aan SMIT (een imec-onderzoeksgroep aan de VUB), deel uit van een tweede relancecomité dat maatschappelijke kwesties zoals psychisch welzijn, armoedebestrijding, cultuur, onderwijs, digitalisering, e.a. tijdens en na de coronacrisis behandelt.

Meer weten?

• Persbericht: Imec ontwikkelt samen met UZ Leuven SARS-CoV-2 test die binnen de vijf minuten uitsluitsel geeft over iemands besmettelijkheid | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Lopos, spin-off van imec en de Universiteit Gent, start grootschalige productie van draagbare wearable om richtlijnen voor social distancing in professionele omgevingen te ondersteunen | imec Vlaanderen.
• Artikel: Ontwikkeling van de Romware-wearable | imec.
• Persbericht: Nieuwe spin-off van imec en UAntwerpen lanceert privacyvriendelijke druktebarometer | imec Vlaanderen.
• Website van het i-Learn programma: i-Learn, digitaal gepersonaliseerd leren | i-Learn Vlaanderen (i-learn.vlaanderen).
• Pagina ontstaan met de input van ‘Onderwijs gaat viraal’: Tijdelijk gratis of extra aanbod i.h.k.v. afstandsleren - Thema's - Leermiddelen - KlasCement
• Artikel: Haptische feedback via de lucht | imec Vlaanderen.
• Website: Vlaanderen Helemaal Digitaal | Vlaanderen.be.
• Persbericht: VUB-prof Pieter Ballon in tweede relancecomité Vlaamse Regering.

Succesvolle aanpak van de pandemie: snelle aanpassing van de werkomgeving en recordstatistieken in de imec-cleanrooms

Zoals waarschijnlijk elk bedrijf wereldwijd, moest ook imec zijn manier van werken snel aanpassen en bijvoorbeeld overschakelen naar online interacties voor de talrijke en belangrijke ontmoetingen tussen collega's en met partners. Een bewijs van de flexibiliteit en toewijding waarmee de imec-onderzoekers deze nieuwe realiteit hebben omarmd, is hun grote aantal bijdragen aan topconferenties, zoals te vinden is in de categorie over internationale erkenning.
De imec-cleanrooms bleven wel de hele tijd operationeel. Terwijl heel België in maart-april en opnieuw vanaf november in een strikte lockdown terechtkwam, slaagden de operationele teams van imec er niet alleen in om deze geavanceerde infrastructuur op elk moment draaiende te houden, maar realiseerden ze zelfs record-output. In vergelijking met 2019 was er een toename van 10% in verwerkte aantallen en output. Een uitstekende prestatie, aangezien de de cleanrooms een van de belangrijkste onderscheidende factoren zijn voor de geavanceerde onderzoeksstrategie van imec op het gebied van halfgeleiders.

Om de interactie met de partners te vrijwaren transformeerden de imec-technologiefora (ITF) met succes in inspirerende virtuele alternatieven. Wat – misschien zelfs enigszins verrassend – leidde tot een bijna systematische verdubbeling in aantal deelnemers als voor hun fysieke equivalenten in 2019. Minstens zo belangrijk was de feedback van deelnemers die leerde dat imec veel van de dynamiek van fysieke conferenties wist vast te leggen; zoals stands, demo's, één-op-ééngesprekken en matchmaking. Sommige deelnemers zeiden zelfs dat ITF veruit het beste virtuele evenement was dat ze hadden bijgewoond en dat het een echt immersieve ervaring was.

Nu het er niet naar uitziet dat op korte termijn alles weer terug zal keren naar het oude, zijn deze inspanningen en resultaten bemoedigend om het noodzakelijke niveau van verbondenheid te bewaken in de overgangsperiode die voor ons ligt, zowel binnen de imec-organisatie als met de onderzoekspartners.

Meer weten?

• Webpagina Chiptechnologie | imec Vlaanderen.
• Imec’s event kalender: Kalender | imec Vlaanderen.

Wereldpremières uit de cleanrooms

De imec-onderzoekers en cleanroom-medewerkers slaagden er het afgelopen jaar in om meerdere keren als eerste ter wereld een belangrijk resultaat te presenteren. Zo presenteerde imec op de gerenommeerde IEDM-conferentie aan het eind van het jaar belangrijke stappen voorwaarts in de ontwikkeling van kwantumprocessoren, een nieuw soort computers die de belofte met zich meedragen om uitzonderlijk krachtig te zijn en grote hoeveelheden data te kunnen verwerken. Imec presenteerde met name de eerste functionele integratie van een silicium-kwantumbit op 300mm wafers, samen met nieuwe manieren om rijen van kwantumbits aan te sturen en om kwantumcircuits bij lage temperaturen te combineren met klassieke elektronica.

Met betrekking tot artificiële intelligentie en neurale netwerken vielen twee prestaties op. In april presenteerde imec de eerste chip ter wereld die radarsignalen verwerkt met behulp van een zogenaamd spiking neuraal netwerk. Dergelijke netwerken reageren op prikkels (spikes), in plaats van altijd volledig aan te staan. Een beetje zoals onze hersenen ook bepaalde gebieden activeren enkel als het nodig is. De chip van imec verbruikt 100 keer minder stroom dan traditionele implementaties en kan tot tien keer sneller rekenen en beslissingen nemen. De chip kan van waarde zijn voor talrijke toepassingen. Als eerste toepassing zal een laagvermogen, intelligent anti-collision radarsysteem gebouwd worden voor drones, zodat die veel effectiever kunnen reageren op naderende objecten.
In juli kondigde imec samen met GlobalFoundries een demonstratie aan van een nieuwe chip voor artificiële intelligentie, genaamd AnIA (Analog Inference Accelerator). Gebaseerd op imecs kennis (specifiek: Analog in Memory Computing architectuur), bereikt de chip een record in energie-efficiëntie van 2.900 TOPS/W (Teraoperaties per Watt). Dit aantal berekeningen per eenheid van energieverbruik is een belangrijke parameter om artificiële intelligentie op mobiele apparaten en IoT-sensoren mogelijk te maken. De veelbelovende resultaten moedigen aan om verder te evolueren naar 10.000 TOPS/W. De voordelen van deze nieuwe technologie op het gebied van privacy, veiligheid en rekensnelheid zullen een impact hebben op AI-toepassingen in een breed scala aan apparaten, van slimme luidsprekers tot zelfrijdende voertuigen. Ook voor Vlaanderen zijn deze doorbraken belangrijk, met name in het kader van het Flanders AI-programma wat de Vlaamse overheid in 2019 opstartte met imec als coördinator.

De laatste voorbeelden die de shortlist haalden, bevinden zich op het gebied van smart health. Op de toonaangevende ISSCC-conferentie in februari presenteerde imec 's werelds eerste draadloze zender-ontvanger op millimeterschaal voor elektronische pillen. De hele module inclusief antenne past in een volume van minder dan 55mm³, wat tot 30 keer kleiner is dan gangbare apparaten. Het is een eerste doorbraak in de ambitie van imec om autonome, inslikbare sensoren te realiseren die gezondheidsparameters zoals de darmflora kunnen meten en de gegevens in real time kunnen verzenden naar buiten het lichaam.
In september publiceerden de wetenschappelijke rapporten van het toonaangevende vakblad Nature het onderzoek naar een slimme contactlens die de menselijke iris nabootst om oogafwijkingen te bestrijden. De slimme contactlens heeft een irisopening die kan worden aangepast via concentrische ringen op een geïntegreerd LCD-scherm (Liquid Crystal Display) en is ontworpen om een hele dag te werken dankzij een ultra-laag vermogen. Het is het resultaat van de samenwerking van imec met CMST (een onderzoeksgroep van imec aan de Universiteit Gent), Holst Centre (een open innovatie-initiatief van imec en TNO, Nederland) en het Instituto de Investigación Sanitaria Fundación Jiménez Díaz (Madrid, Spanje).

Meer weten?

• Artikel: Alles over kwantumcomputers en qubits in 7 vragen | imec Vlaanderen.
• Engelstalig vakblad rapporteert over de kwantumdoorbraken van imec: Engineers demonstrate the first flexible hardware platform for silicon spin qubit integration on 300 mm wafers (techxplore.com).
• Persbericht: Nieuwe imec chip legt basis voor energie-efficiënte, zelfdenkende radarsystemen (voor drones en auto’s) | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Imec realiseert belangrijke doorbraak om stroomverbruik van artificiële intelligentie drastisch te reduceren | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Kleine radiozender elektronische pil | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Imec en UGent ontwikkelen slimme contactlens met artificiële iris | imec.

Samenwerking met partners

Samenwerkingen met partners zijn de sleutel tot bijna alle doorbraken van imec. Hoewel vertrouwelijkheidsclausules vaak beletten om de details vrij te geven, is imec uitzonderlijk trots en dankbaar voor de verscheidene strategische samenwerkingen op het gebied van halfgeleider- en systeemtechnologie die in 2020 zijn vernieuwd. Alsook voor de strategische samenwerking met een aantal toonaangevende farmaceutische bedrijven, zoals Johnson & Johnson, die de verdere groei van imecs smart health-strategie een impuls zullen geven. Net als de ondertekening van de eerste industriële contracten voor het OnePlanet Research Center, een multidisciplinair samenwerkingsverband tussen Wageningen University & Research (WUR), Radboud Universiteit, Radboudumc en imec. Hieronder volgt een selectie hoogtepunten uit de samenwerking met onze partners, maar ook uit enkele door de EU gefinancierde programma's die in 2020 van start zijn gegaan of waarin belangrijke doorbraken zijn gerealiseerd dankzij de samenwerking binnen de sterke consortia van academische en industriële partners.

Met Evonetix werkte imec samen om de productie op commerciële schaal van hun gespecialiseerde (MEMS-gebaseerde) siliciumchips mogelijk te maken. De nieuwe siliciumchip is een belangrijk onderdeel van het Evonetix desktop-DNA-platform dat, eenmaal volledig ontwikkeld, zal bijdragen aan het snelgroeiende domein van de synthetische biologie.

Met Roswell Biotechnologies kondigde imec een samenwerking aan om de eerste commercieel beschikbare biosensorchips op basis van moleculaire elektronica te ontwikkelen. Deze chips zijn het brein achter het krachtige nieuwe platform van Roswell Technologies voor DNA-sequencing, wat kan ingezet worden ter ondersteuning van precisiemedicijnen, moleculaire diagnostiek, het snel testen van infectieziekten en de opslag van DNA-gegevens.

Dankzij een samenwerking met CST Global heeft imec zijn portfolio van silicium-fotonica met succes uitgebreid en daarmee ook het dienstverleningsaanbod aan de industrie. Door de succesvolle integratie van de InP (DFB) lasers van CST Global in imecs geïntegreerde silicium-fotonicaplatform zal het gebruik van silicium-fotonica in kostengevoelige toepassingen vergemakkelijken. Bijvoorbeeld voor optische interconnecties, sensoren, processoren etc.

In samenwerking met Ximea ontwikkelde imec een hyperspectrale cameraoplossing die voldoet aan de hoge kwaliteitsnormen voor toepassing in machine vision. De nauwere samenwerking zal de toepassing van hyperspectrale beeldvorming versnellen in een breed scala van toepassingen, waaronder het monitoren van gewassen in de landbouw, kwaliteits- en versheidscontrole in de voedingsindustrie, augmented reality voor chirurgie, robotbegeleiding in industriële productie-omgevingen, voorspellend onderhoud, biometrie, forensisch onderzoek en aardobservatie.

Op het gebied van fotovoltaïsche technologie (PV) slaagden wetenschappers van UHasselt, imec, VITO, EnergyVille en internationale partners binnen het consortium PERCISTAND er als eerste in om met een dunnefilmzonnecel een energie-efficiëntie van 25 procent te behalen. Daarmee wekt deze flinterdunne zonnecel evenveel energie op als een traditionele silicium-zonnecel. Ook bouwden onderzoekers van UHasselt en imec binnen de samenwerking van EnergyVille in het Interreg-project Rolling Solar (Euregio Maas-Rijn) een 13 meter lange proefopstelling van geluidsschermen met geïntegreerde zonnecellen. Een jaar lang zullen ze de energieopbrengst en stabiliteit van de panelen monitoren. De opstelling toont aan publiek, industrie en investeerders dat deze technologie haalbaar is langs onze autowegen en fietspaden.
Naast deze lopende projecten, werden ook twee veelbelovende, door de EU gefinancierde projecten gestart. TRUST-PV zal de prestaties en betrouwbaarheid van zonnecellen en PV-systemen verhogen. En HighLite richt zich op innovatieve oplossingen voor de productie van silicium-PV-modules met hogere prestaties, lagere kosten en betere ecologische eigenschappen (bv. recycleerbaarheid) dan momenteel verkrijgbare modules.

En het EU-project Horizon 2020 InSiDe is gericht op mobiele diagnostiek en monitoring van hart- en vaatziekten in een vroeg stadium. Het doel van InSiDe is de medische gemeenschap toegang te verschaffen tot een mobiel diagnostisch apparaat op basis van silicium-fotonica om verschillende stadia van hart- en vaatziekten te identificeren en te karakteriseren. Het apparaat biedt een snelle, flexibele en patiëntvriendelijke monitoring van dergelijke aandoeningen, waardoor patiënten in hun thuisomgeving blijven terwijl ze toch in staat zijn om tijdig op te volgen en in te grijpen.

Ook op Europees niveau hebben imec, CEA-LETI en Fraunhofer-Gesellschaft hun krachten gebundeld om een alliantie van wereldallure op te zetten voor "Next-Generation Computing". Een ambitie waarin de complementariteit van de grote onderzoeks- en technologieorganisaties (RTO's) zal worden benut en die O&O-activiteiten in de hele waardeketen bestrijkt. De gezamenlijke actie moet leiden tot een Europese koploperspositie op het gebied van hardware voor geavanceerde mobiele en IoT-apparaten.

Een relevante samenwerking op Vlaams niveau is het PROCURA-project, waarin imec, in het kader van EnergyVille, samen met een toonaangevend consortium van kennisinstellingen en industriële partners technologie ontwikkelt voor de duurzame productie en toepassing van waterstof.

Imecs meest passende en toegankelijke samenwerkingsmodel voor Vlaamse bedrijven is ongetwijfeld imec.icon. In deze door Vlaio gefinancierde formule werken consortia van imec- en andere onderzoeksteams samen aan O&O-vraagstukken van het bedrijfsleven. De bedrijven zelf hebben daarbij zelf ook altijd een actieve rol. In 2020 startte imec.icon 12 nieuwe projecten op en rapporteerde het een aantal inspirerende resultaten van eerder gestarte projecten. Zo leidde het imec.icon-project I-CART in 2020 tot de ontwikkeling van een beschermend pak met geïntegreerde sensoren die brandweerlui waarschuwt voor te grote hitte.
Dankzij het imec.icon-project SARA ontstond een toepassing voor chirurgen die 3D-modellen (op basis van medische scans) via augmented reality (AR) projecteert op de exacte plaats waar geopereerd wordt. Zo kunnen de chirurgen hun ogen gericht houden op de patiënt en kunnen ze ook nauwkeuriger werken.
Het imec.icon-project InWareDrones werkte de voorbije twee jaar aan de ontwikkeling van een drone die – volledig zelfstandig – de inventarisatie van een magazijn voor zijn rekening neemt. Hij stijgt op, vliegt rond, ontwijkt obstakels, inventariseert, landt en herlaadt zijn batterijen op zijn eentje – zonder enige menselijke tussenkomst.
En het imec.icon-project PATRONUS sloot succesvol af met een door virtual reality ondersteunde oplossing om angststoornissen te behandelen.

Meer weten?

• Website van het OnePlanet Research Center.
• Persbericht (Eng): Evonetix collaborate with imec to scale-up chip-based technology production for third generation DNA synthesis platform | imec (imec-int.com).
• Persbericht: Imec en Roswell Biotechnologies ontwikkelen biosensorchip voor het snel opsporen van infectieziekten en voor goedkoop het uitlezen van DNA | imec Vlaanderen.
• Persbericht (Eng): Imec and CST Global Collaborate to Extend Silicon Photonics Portfolio with Hybrid Integrated InP Light Sources | imec (imec-int.com).
• Persbericht (Eng): Imec and XIMEA launch industrial grade hyperspectral camera solution addressing the high-quality standards for machine vision applications | imec (imec-int.com).
• Persbericht: Primeur: flinterdunne zonnecel wekt evenveel energie op als traditionele zonnecel | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Geluidsschermen met geïntegreerde zonnepanelen getest in Genk | imec Vlaanderen.
• Persbericht (Eng) H2020 project TRUST-PV: New EU project to increase performance and reliability of solar PV components and systems | imec (imec-int.com).
• Persbericht H2020 project HighLite: Europese onderzoeksinstituten en bedrijven bundelen krachten om zonnepanelen milieuvriendelijker te ontwikkelen | imec Vlaanderen.
• Persbericht (Eng) H2020 project InSiDe: News release - InSiDe, a European R&D project targeting mobile early-stage cardiovascular disease diagnosis and monitoring | imec (imec-int.com).
• Persbericht EnergyVille: Naar een koolstofarm en veilig energiesysteem | EnergyVille.
• Webpagina: imec.icon project portfolio | imec (imec-int.com)
• Persbericht: Persbericht - Beschermende kledij met ingebouwde sensoren waarschuwt brandweerlui voor te grote hitte | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Operatie ondersteund door hologram | imec Vlaanderen.
• Artikel: Volautomatische drone: de magazijnier van de toekomst? | imec Vlaanderen en projectvideo: Inventory management with autonomous flying drone - YouTube.
• Artikel: Angststoornissen behandelen in een gepersonaliseerde VR-omgeving | imec Vlaanderen.
• Meer partner-gerelateerde persberichten: Reading room | imec Vlaanderen.

Doorgedreven functionele miniaturisatie van halfgeleidertechnologie

Dat in alle sectoren wereldwijd digitalisering toelaat om steeds krachtigere oplossingen te bouwen in steeds kleinere en goedkopere systemen, is te danken aan de continue toename van de hoeveelheid functionaliteit op een enkele chip door het creëren van steeds kleinere en meer geïntegreerde transistoren en andere functies. Hoewel het volhouden van deze trend (zoals vastgelegd in de bekende wet van Moore) steeds uitdagender wordt, blijft imec het hele halfgeleiderecosysteem verzamelen voor onderzoek en ontwikkeling in de richting van succesvolle functionele miniaturisatie. Een aantal voorbeelden werden reeds vermeld in de categorie "wereldpremières uit de cleanroom" en enkele bijkomende hoogtepunten worden hier opgesomd.

Zowat de hele halfgeleiderindustrie zet zwaar in op de komst van de nieuwste generaties lithografietoestellen en -processen die met EUV-licht in een enkele belichtingsstap toelaten om extreem kleine structuren te realiseren. Imec demonstreerde met ASML’s NXE:3400B-scanner in één enkele EUV-belichtingsstap lijnen met een onderliggende afstand van slechts 24nm. Een belangrijke mijlpaal, aangezien dit overeenkomt met de afmetingen van enkele kritische metaallagen in de door de industrie beoogde 3nm technologiegeneratie. Daarnaast demonstreerde imec op koolstof-nanobuisjes gebaseerde lithografie-filters (Eng: pellicles) met een EUV-transparantie tot 97%. Dergelijke zeer transparante filters zijn van cruciaal belang voor de massaproductie van geavanceerde halfgeleiders met behulp van EUV-lithografie.

Ook bereikte imec uitstekende resultaten in de ontwikkeling van nieuwe geavanceerde transistorarchitecturen. Zo bestaat al langer het theoretisch concept om de stroomtoevoer naar de transistoren te realiseren via zogenaamde verzonken stroomvoorziening (burried power rails). Imec toonde de haalbaarheid van dit principe aan in teststructuren en in een geavanceerde geheugencel (3nm SRAM). De prestaties van imec zijn een belangrijke stap om hun industrieel potentieel en levensvatbaarheid te bewijzen.
Van vergelijkbaar belang is imecs werk op zogenaamde 2D-materialen. Dat zijn materialen die bestaan uit slechts één atoomlaag (dus dunner kan niet). Ook hier presenteerde imec belangrijke doorbraken die de theoretische potentie van dergelijke materialen in de praktijk aantoont en hun toepasbaarheid voor de industrie versnelt. De toonaangevende IEDM-conferentie accepteerde over dit onderwerp vier papers van imec, waarvan er één werd geselecteerd als IEDM-hoogtepunt.

Bovenop de functionele transistorlagen bevinden zich de interconnecties en ook daarin introduceerde imec alternatieve en grensverleggende materialen. Op de International Interconnect Technology Conference demonstreerde imec elektrisch functionele interconnecties op basis van ruthenium (Ru) metaallagen en luchtisolatie (airgaps) die een lange levensduur hebben en goede mechanische sterkte.

Op systeemniveau presenteerde imec een nieuwe geheugencel-architectuur (IGZO-TFTs in een 2T0C configuratie voor DRAM). Deze cellen vertonen een lange retentietijd voor de opgeslagen data en kunnen de weg vrijmaken voor geheugens met een lager stroomverbruik en hogere dichtheid.

Meer weten?

• Persbericht (Eng): Imec demonstrates 24nm pitch lines with single exposure EUV lithography on ASML’s NXE:3400B scanner | imec (imec-int.com)
• Persbericht (Eng): Imec demonstrates CNT pellicle utilization on EUV scanner | imec (imec-int.com).
• Persbericht (Eng): Imec Demonstrates Excellent Performance of Si FinFET CMOS devices with Integrated Tungsten Buried Power Rails | imec (imec-int.com).
• Artikel (Eng): imec introduces 2D materials in the logic device scaling roadmap | imec (imec-int.com).
• Persbericht (Eng): Imec presents alternative metals in advanced interconnect and contact schemes as a path to 2nm technology nodes | imec (imec-int.com).
• Persbericht (Eng): Imec Demonstrates Capacitor-less IGZO-Based DRAM Cell With >400s Retention Time | imec (imec-int.com).

Halfgeleidertechnologie inzetten voor grote applicatie-uitdagingen

Waar de vorige categorie aantoont dat er voldoende mogelijkheden zijn om de functionele miniaturisatie verder te zetten van de basisbouwstenen van de nano-elektronica, is het met name ook belangrijk hoe deze bouwstenen verbonden zijn met elkaar en met aangrenzende functies zoals voor sensoren, actuatoren, beeldvorming, energieconversie, enz. Of het nu gaat om een echt patiëntgerichte, gepersonaliseerde, digitale gezondheidszorg, de energietransitie, de toekomst van entertainment of slimme industrieën: imec maakt gebruik van zijn geavanceerde halfgeleidertechnologie en kennis van digitale toepassingen voor een maximale impact in relevante toepassingsdomeinen.

Alleen al in december publiceerde imec in dit verband drie persberichten. Een daarvan presenteert een uiterst geminiaturiseerde biosensor voor de zeer gevoelige detectie van moleculen (bv. single-molecule DNA). Het resultaat is veelbelovend voor de verdere ontwikkeling naar biomedische toepassingen, met name omdat het gebaseerd is op geavanceerde silicium-transistoren (FinFETs) die een hoge mate van integratie toelaten en een lage productiekost. Een ander persbericht van december 2020 ging over imecs kortegolf-infrarood (SWIR) beeldsensor op basis van dunnefilmtechnologie en met een recordafstand van minder dan twee micrometer tussen de pixels. Deze realisatie werd mogelijk dankzij de expertise van imec om een dunnefilm-fotodetector te integreren met een Si-CMOS-uitleescircuit. SWIR-beeldsensoren zijn belangrijk, omdat ze bijvoorbeeld door rook of mist heen kunnen kijken (wat relevant kan zijn voor rijhulpsystemen en autonome voertuigen); of zelfs door silicium (wat vooral relevant is voor industriële inspectie en machine vision). De imec-technologie overtreft de mogelijkheden van de huidige (op InGaAs gebaseerde) SWIR-imagers op het gebied van pixelafstand en resolutie en heeft een ongezien potentieel wat betreft lage productiekost en kleine systeemafmetingen. En ook het derde persbericht van december 2020 illustreerde hoe halfgeleiderexpertise kan worden ingezet in aangrenzende domeinen. Hierin presenteerde imec hoe het fotolithografie toepast om de grenzen te verleggen in de productie van OLED-displays op het gebied van functionaliteit en betrouwbaarheid. De demonstratie is belangrijk voor displayfabrikanten omdat fotolithografie – in vergelijking met de gangbare technieken in de displayindustrie – hogere resoluties mogelijk maakt of bijvoorbeeld ook een grotere transparantie van de kathode voor het integreren van sensoren in de display.

En ook eerder doorheen 2020 waren gelijkaardige hoogtepunten te vinden. Bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van een nieuwe versie van imec's elPrep-softwareplatform dat DNA-analyses uitvoert in slechts enkele uren; dat is tot 16 keer sneller dan de vorige oplossingen. Ook lanceerde imec een nieuw onderzoeksprogramma gericht op schaalbare en energie-efficiënte systeemtechnologie voor de zesde generatie draadloze communicatie (6G). In deze nieuwe activiteit zal imec zijn brede expertise op het vlak van draadloze communicatie aanboren door het combineren van systeem-, circuit- en netwerkkennis met halfgeleiderkennis, zowel in het digitale als in het analoge domein. Een van de pistes die de imec-onderzoekers zullen verkennen is het gebruik van een hybride III-V/CMOS-aanpak. III-V-materialen (bestaande uit elementen uit de derde en de vijfde kolom van het periodiek systeem, bv. InP) zijn met name geschikt voor systemen die een hoog vermogen vereisen. Door ze te introduceren in elektronica voor 6G-systemen vergroot de kans op het vinden van oplossingen om de zeer hoge bandbreedtes die mogelijk zijn door radiofrequenties boven 100GHz op een energie- en kostenefficiënte manier te realiseren.
Andere hoogtepunten zijn te verwachten van de manier waarop imec zijn halfgeleiderkennis inzet in het veelbelovende en relevante domein van energieconversie door middel van ‘power to molecules’. Het idee achter 'Power-to-Molecules' is CO2-reductie van de industrie door in een eerste stap op een duurzame manier waterstof te produceren en in de volgende stap koolstofdioxide om te zetten in duurzame brandstoffen of chemische bouwblokken. Om dit mogelijk te maken, werken imec en zijn partners bij EnergyVille aan oplossingen om op grote schaal groene waterstof te genereren en om koolwaterstoffen te creëren uit gerecycleerd koolstofdioxide.

Een belangrijk applicatiegericht programma in Vlaanderen is City of Things, waarin imec samen met een heel aantal publieke en private stakeholders en met burgers werkt aan oplossingen voor de slimme stad. Bovenop de vele projecten rond mobiliteit, lucht- en waterkwaliteit, leefbaarheid, open data enzovoort kondigde een persbericht de samenwerking aan met de stad Brugge om de ontwikkeling van een ‘urban digital twin’ op te starten. Deze digitale 3D-replica van de stad Brugge zal het stadsbestuur toelaten om de impact van maatregelen te simuleren, bijvoorbeeld op vlak van luchtkwaliteit en verkeerstromen.

Meer weten?

• Persbericht (Eng): Imec presents smallest finFET-based biosensor for high-sensitivity molecule detection | imec (imec-int.com).
• Persbericht (Eng): Imec Presents a Thin-Film Short-Wave-InfraRed Image Sensor with Sub-2µm Pixel Pitch | imec (imec-int.com).
• Persbericht (Eng): Imec Applies Photolithography To Push Functionality and Reliability Barriers In OLED Display Manufacturing | imec (imec-int.com).
• Persbericht: Imecs elPrep big-data software maakt DNA analyses mogelijk in minder dan zes uur | imec Vlaanderen.
• Persbericht (Eng): New imec research program pursues the development of scalable and energy-efficient 6G device technology | imec (imec-int.com).
• Artikel: Power-to-Molecules: van klimaatverstoorder tot waardevolle grondstof | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Stad Brugge ontwikkelt digitale tweeling | imec Vlaanderen.
• Blogposts met resultaten van het City of Things project: Doe inspiratie op via onze blog - imec City of Things.

Internationale erkenning

Hoewel de hoogtepunten in de verschillende categorieën voor zich spreken, geeft het altijd veel voldoening om externe erkenning en appreciatie te krijgen voor je inspanningen. Imec was dan ook trots op het recordaantal van 27 bijdragen aan de IEDM-conferentie en op het groot aantal publicaties in andere toonaangevende conferenties en tijdschriften, zoals VLSI (13 bijdragen), ITC (10 bijdragen) en OFC (9 bijdragen).

Een andere belangrijke erkenning kwam van de prestigieuze European Research Council (ERC) Consolidator Grant die werd toegekend aan imecs Yao-Hong Liu voor zijn project Intranet of Neurons. Binnen dit project wil hij een revolutie teweegbrengen in de manier waarop neurowetenschappers gegevens van onze hersenen verzamelen en verwerken. Meer specifiek zal hij geminiaturiseerde en energie-efficiënte draadloze netwerken ontwikkelen met een hoge capaciteit voor de overdracht van data afkomstig van opnames van onze volledige hersenen. 
Op nationaal vlak vielen Ilse Mariën, Pieter Ballon en Wendy Van den Broeck, onderzoekers van imec-SMIT en VUB, in de prijzen met een Jaarprijs Wetenschapscommunicatie als initiatiefnemers van de DataBuzz: een project dat de digitale geletterdheid van leerkrachten en leerlingen wil verhogen. De DataBuzz is een volledig elektrische bus die omgebouwd werd tot een mobiel educatielab. De bus is uitgerust met allerlei nieuwe digitale technologieën die worden verwerkt in een reeks interactieve lespakketten.

Een verwezenlijking die dan weer werd opgepikt door de nationale en internationale media was het hacken van een Tesla Model X. Draadloze toegangsystemen voor auto’s (keyless entry) zijn heel gevoelig voor inbraak via zogenaamde relay attacks waarbij dieven het draadloze signaal onderscheppen. Imec werkt, samen met KU Leuven, aan technologie die dergelijke systemen veiliger moet maken en die op termijn beschikbaar zal zijn in zowat elke nieuwe wagen

Meer weten?

• Persbericht: Onderzoeksproject ‘Intranet of Neurons’ wil snelle, draadloze communicatie tussen hersenen en computer mogelijk maken | imec Vlaanderen.
• Persbericht: DataBuzz ontvangt Jaarprijs Wetenschapscommunicatie | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Onderzoekers van KU Leuven en imec vinden ernstige zwakheden in draadloze autosleutel Tesla Model X | imec Vlaanderen.

Spin-offs and venturing support

Deze laatste categorie draait de rollen om en geeft erkenning aan enkele imec spin-offs en venturing-activiteiten.
In chronologische volgorde zagen we hoe MICLEDI Microdisplays, een imec-spin-off, €4,5 miljoen ophaalde van meerdere investeerders voor hun ambitie om microLED-displays te ontwikkelen voor de volgende generatie augmented-reality brillen.

Aan het einde van het eerste kwartaal stelde miDiagnostics, een gezamenlijke spin-off van imec en Johns Hopkins University, een investering veilig van €14 miljoen om de commercialisering te versnellen van hun disruptief diagnostisch platform. Hun technologie heeft het potentieel om snelle testresultaten te leveren in meerdere contexten, waaronder toekomstige pandemieën.

Net voor de zomer werd Shavatar gelanceerd als een nieuwe spin-off van imec en UAntwerpen. De startup wil jouw ervaring in het online kopen van kledij radicaal veranderen dankzij hun model voor het voorspellen en visualiseren van de menselijke lichaamsvorm in 3D. Deze zal je toelaten om je persoonlijke 3D avatar te creëren en ervoor te zorgen dat je de juiste maat en pasvorm kan bestellen.

Rond dezelfde tijd kondigde Deltaray, een spin-off van imec en UAntwerpen uit 2019, zijn 'versnelde 3D-röntgentechnologie' aan die kwaliteitscontrole naar een hoger niveau tilt. Deltaray's oplossing stelt fabrikanten in staat om producten tot 100 keer sneller en met een veel fijnere resolutie (tot 50 micron) te inspecteren op mogelijke defecten.

Ook in 2020 werden de spin-offs Lopos en Crowdscan gelanceerd die al aan bod kwamen in de eerste categorie van technologieën voor omgaan met de COVID-19-pandemie.

Tot slot willen we de enorme inspanningen en resultaten van imec.istart, imecs business accelerator-programma, niet over het hoofd zien. Niet alleen heeft het meer startups ontvangen en ondersteund dan in de jaren ervoor. Ook zijn de publieke en private investeerders achter het imec.istart-pre-seedfonds overeengekomen om het fonds om te zetten in een 'evergreen'-fonds. Dit betekent dat het kapitaal van succesvolle exits kan worden geherinvesteerd in de nieuwe generaties starters.

Meer weten?

• Persbericht: MICLEDI Microdisplays haalt 4,5 miljoen euro op bij imec.xpand, PMV, en FIDIMEC | imec Vlaanderen.
• Persbericht: miDiagnostics haalt 14 miljoen euro op om zijn chip-gebaseerd diagnostisch platform sneller op de markt te brengen | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Nieuwe spin-off imec en UAntwerpen kan gamechanger worden bij online kledingaankopen | imec Vlaanderen.
• Persbericht: Spin-off imec en UAntwerpen tilt kwaliteitscontrole naar een hoger niveau | imec Vlaanderen.
• Artikel in zakenkrant De Tijd: Vlaamse regering steekt extra geld in techfonds van Imec | De Tijd.

Visie van de CEO

Wie een extra terugblik wil op 2020 en een vooruitblik op 2021 vanuit de blik van imec CEO Luc Van den hove, verwijzen we graag naar het reading room artikel 2021: een zoektocht naar nieuwe evenwichten.