Flexible Funketiketten und Systeme (FlexID)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Niels Benson; Professor Dr. Daniel Erni; Professor Dr.-Ing. Thomas Kaiser
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317157420

Das zentrale Ziel des FlexID-Projekts besteht in der Realisierung von mechanisch flexiblen, energieeffizienten und sehr kostengünstigen chiplosen Funketiketten-Systemen, die hohe Betriebsfrequenzen bis in den 10GHz Bereich ermöglichen. Um dieses ambitionierte Ziel erreichen zu können, wird das Projekt wenig intelligente Funketiketten mit einer entsprechend hochintelligenten Auslesetechnologie kombinieren, was sowohl auf Etiketten- als auch auf der Lesegerätseite eine signifikante Weiterentwicklung des aktuellen Standes der Technik benötigt. Hierzu wird auf der Funkettikette eine neuartige druckbare ultra-schnelle Si µ-Konus Schottky Diode in eine nichtlineare Filterschaltung integriert, um das rückgestreute Signalspektrum geeignet zu verschieben. Das Diodenkonzept weist aufgrund der hohen Kristallinität der µ-Konen ein großes Potential hinsichtlich sehr hoher Betriebsfrequenzen auf. Für dieses Projekt werden deshalb Arbeitsfrequenzen bis zu 10GHz angestrebt. Voraussichtlich wird der µ-Konen-Dünnfilm FlexIDs mit einer außerordentlich hohen mechanischen Flexibilität ermöglichen, da diese lateral diskontinuierliche µ-Struktur die mechanischen Spannungen in der Halbleiterschicht bei jedweder mechanischen Belastung stark reduziert. Im Lesegerät ergibt sich, dank der integrierten Nichtlinearität in der Funketikette, eine im Prinzip perfekte Raumechounterdrückung, da sich das ID-tragende Signal frequenzmässig von den Umgebungsreflexionen des Auslesesignals unterscheidet und somit herausgefiltert werden kann. Des Weiteren ermöglicht die Abfrage mittels zeitverschobener Mehrtonsignale eine effiziente Kodierung der Ettiketten-ID in dem zur Verfügung stehenden Frequenzbereich, wodurch die Anzahl kodierter Bits auf den chiplosen Funketiketten erheblich vergrößert werden kann. Die Verbindung zwischen den technologisch orientierten Arbeitsschritten zur Entwicklung der µ-Konen basierten Schottky-Dioden und der Funkettiketten-Systementwicklung wird hier durch theoretische Arbeiten sichergestellt. Diese beruhen auf der Entwicklung eines parametrisierten numerischen elektronischen / elektromagnetischen Mehrskalen-Modells für das anvisierte Materialsystem. Das Model stellt eine Art numerische Testumgebung zur Verfügung, die alle involvierten Längenskalen hinsichtlich Ihrer Funktionalität beschreiben kann. In der Mikro-Skala wird die Simulation der elektronischen Funktionalität der Si µ-Strukturen angestrebt, während es in der Makro-Skala Informationen zu einem effektiven Materialmodel beisteuert, mit Hilfe dessen die benötigten elektrischen Bauelemente extrahiert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Roland Schmechel