INTERSECT: Interoperable Material-to-Device simulation box for disruptive electronics

Projektbeschreibung

Elektronik durchdringt heutzutage alle Aspekte unseres Lebens, darunter Unterhaltungselektronik, industrielle Automatisierungs- und Fertigungsprozesse, drahtlose Kommunikation, Robotik, Drohnen und Verkehr. Halbleiterunternehmen in der Elektronikindustrie sehen sich ökonomischen Herausforderungen gegenüber, wie steigenden Produktionskosten, intensiver globaler Konkurrenz und der Notwendigkeit, kontinuierlich in Forschung und Entwicklung zu investieren, um innovative Technologien zu fördern. Kritische Aspekte sind oft mangelnde Innovation und ineffiziente Herstellung von Geräten, was die Wettbewerbsfähigkeit und profitables Wachstum beeinträchtigt.

In der Vergangenheit wurden Informations- und Kommunikationstechnologien hauptsächlich durch die Verwendung von auf Silizium basierenden Produkten angetrieben, wobei Entwicklung und Produktion größtenteils in den Vereinigten Staaten und Asien stattfanden. Die aktuellen weltweiten Bestrebungen in den Bereichen Big Data, Machine Learning und Quantencomputing führen dazu, dass diese rein auf Silizium basierenden Technologien zunehmend aufgegeben werden. Dies bietet der europäischen Industrie eine einzigartige Gelegenheit, neue Technologien auf Grundlage innovativer Materialien und Elektronikbauteile zu entwickeln.

Eine solche Vorreiterrolle erfordert eine zügige Erforschung von Materialeigenschaften (z. B. Speichereffekte für das Memristive Computing), die Verknüpfung dieser Eigenschaften mit der Leistung in unerforschten Bauteilarchitekturen sowie die Bewertung ihres Geschäftspotenzials. Dies setzt innovative Werkzeuge zur Untersuchung von Materialien und deren Einfluss auf Bauteile voraus. Die Materialmodellierung kann diesen Prozess unterstützen, indem sie die Anzahl der experimentellen Versuche reduziert und effiziente Top-down- sowie Bottom-up-Designparadigmen fördert.

Das von der EU finanzierte Projekt INTERSECT stärkt die europäische Führungsposition im Bereich Materialmodellierungssoftware und -infrastruktur. Im Rahmen des Projekts wurde die IM2D-Box implementiert: ein hierarchisches und skalenreversibles Multiphysik-, Multimodell- und Multigleichungsmodell für die Optimierung von Material-zu-Bauteil- und Bauteil-zu-Material-Prozessen, das eine einfachere Erkundung des Materialarbeitsbereichs aus einer industrieorientierten Perspektive auf elektronische Bauteile ermöglicht. Eine Betaversion des Codes ist für Early Adopters verfügbar und wurde potenziellen Interessengruppen in einer Reihe von öffentlichen Verbreitungsveranstaltungen anhand von Pilotfällen (z. B. ovonische Schwellenwertschalter und ferroelektrische Geräte) vorgestellt.

Teilvorhaben Fraunhofer IWM

Das Fraunhofer IWM leitete die Entwicklungen der Softwareschnittstellen zwischen der atomistischen Simulationsebene und der Bauteilsimulationsebene.

Der Einsatz semantischer Technologien und moderner Webentwicklung durch das Fraunhofer IWM ermöglicht die effiziente Harmonisierung der automatisierten Datenworkflows zwischen den verschiedenen Simulationscodes in der Multiskalenmodellierung. Eine auf Wissensgraphen basierende Datenlösung gewährleistet eine vollständige, automatisierte Dokumentation des Modellierungsprozesses und fördert die Nachvollziehbarkeit sowie Wiederverwendbarkeit der in der Applikation simulierten Datenbestände. Durch die Modularisierung und Containerisierung der Software durch das Fraunhofer IWM ist eine einfache und schnelle Installation der IM2D-Box in potenziellen Industrieinfrastrukturen möglich. Gleichzeitig kann die Software auch als Webapplikation in digitale Marktplätze wie die MarketPlace Plattform des gleichnamigen EU-Projekts integriert werden.