Een proefproductielijn is eigenlijk een kleine versie van hoge volumeproductie, legt hoogleraar Electrical Engineering Kevin Williams uit, die een sleutelrol heeft gespeeld bij het opzetten van het project. “Je controleert of elke stap in de productie en productontwikkeling werkt, zodat je kunt opschalen.” Fotonische chips worden veel gebruikt bij glasvezelcommunicatie, maar hebben daarnaast nog een “verbijsterende” diversiteit aan andere mogelijke toepassingen, zegt Williams. “Zoals voor het detecteren van huidkanker, het uitwisselen van kwantumveilige informatie en het realtime in kaart brengen van verkeer voor zelfrijdende auto's. We hebben ook een onderzoeksproject lopen met ASML, waarbij we kijken of we de positie van wafers op picometerschaal kunnen meten. Er zijn allerlei dingen die je met licht kunt doen.”

Er is echter één probleem: de kosten om deze chips te ontwikkelen zijn hoog. Door het proces te standaardiseren en een manier van produceren te ontwikkelen die bijna onafhankelijk is van het ontwerp, kun je die kosten verdelen over de hele industrie, legt Williams uit. “Net als bij micro-elektronica. Philips heeft daarvoor de grootste foundry (chipfabriek, red.)ter wereld opgezet in Taiwan met TSMC. Een foundry heeft geen eigen product, maar maakt chips voor anderen, ongeacht de toepassing. Wij kopiëren dat model voor fotonica.”

Andere aanpak

De reden dat er faciliteiten in Enschede en Eindhoven komen, is dat beide een andere aanpak hebben voor het maken van fotonische chips. “Wij werken met indiumfosfide, zij met siliciumnitride. Beide hebben voordelen, maar er zijn veel situaties waarin gebruik van slechts een van de twee onvoldoende is. Bijvoorbeeld de toepassingen in de gezondheidszorg die ik eerder noemde, zouden baat hebben bij een combinatie van de twee. Logisch is het dus om alles samen te brengen en technologieën heterogeen te combineren.”

Volgens Williams worden er in het Nanolab al zulke heterogene chips ontwikkeld. “Dat betekent dat je in principe meerdere chips hebt, die op zichzelf niet veel doen, maar als je ze aan elkaar kunt plakken heel effectief zijn. We hebben dus al een aantal programma's voor wafer-wafer bonding. De pilotlijn is er echt deels op gericht om deze technologieën uit het academische lab naar industriële fabrieken te krijgen.”

Apparatuur

Er zijn al fabrieken die fotonische chips kunnen maken, maar die produceren de chips voor heel specifieke toepassingen. Het is erg moeilijk om dit soort chips te herbestemmen voor een compleet andere toepassing. De kracht van de technologieën van de Universiteit Twente en de TU/e is dat de ontwikkeling van de chips bottom-up is ontworpen, legt Williams uit, “zodat ze voor veel verschillende toepassingen kunnen worden gebruikt.” Daarnaast heeft de TU/e een trackrecord in het opzetten van pilotlijnen in fotonica. De meest recente was OIP4NWE: “In dat programma hebben we veel apparatuur geoptimaliseerd, waardoor we nu uniek materiaal hebben in het Nanolab. Ook met deze nieuwe pilotlijn wordt apparatuurontwikkeling een belangrijke strategie. Het gaat er niet alleen om chips te laten werken, het gaat erom de volgende generatie apparatuur te configureren om chips te maken.”

De proeffabrieken in Eindhoven en Enschede maken deel uit van de Europese pilot-productielijn PIXEurope, die wordt beheerd door het Institute of Photonic Sciences in de Spaanse regio Catalonië. Elf landen zijn betrokken bij het initiatief, waarmee ze van plan zijn om 380 miljoen euro te investeren in het stimuleren van de productie en innovatie van fotonische chips.

In 2023 bracht Koningin Máxima een bezoek aan het Eindhoven Hendrik Casimir Institute, om zich te laten bijpraten over onderzoek op het gebied van fotonica. De hoofdfoto van dit artikel is van dat bezoek.