Imec Magazine. Editie september 2017 SEPTEMBER 2017 EDITIE. IN DE KIJKER Hoe kunnen we de signaalvertraging in chipbedrading verbeteren?

Transcriptie

1 Imec Magazine Editie september 2017 SEPTEMBER 2017 EDITIE Nieuwe techniek speurt naar fouten in 3D-chips Je dagelijkse gezondheidscheck krijg je in de wagen IN DE KIJKER Hoe kunnen we de signaalvertraging in chipbedrading verbeteren? De verticale nanodraad-transistor: bouwsteen voor compacte SRAMgeheugencellen IN DE KIJKER Imec spin-off ontwikkelt revolutionaire digitale bril IN DE KIJKER Flexibele elektronica gaat schitterende toekomst tegemoet! 1/64

2 Voorwoord september 2017 Het is een illusie te denken dat iedereen zijn of haar gezondheid wil tracken De 5 highlights van de zomer IN DE KIJKER De Spott-app blaast tv-reclame nieuw leven in 2/64

3 Editie september 2017 Semiconductor technology & processing, Heterogeneous integration Nieuwe techniek speurt naar fouten in 3D-chips Imec-onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld, LICA, waarmee je snel fouten kan opsporen én lokaliseren in de through-silicon vias (TSVs), de verbindingen tussen chips in een 3D-chip. Inleiding Dankzij 3D-chips kunnen we onze elektronica veel compacter, slimmer en goedkoper maken. Maar, zoals elke nieuwe technologie, komt ook deze met een nieuwe set betrouwbaarheidsproblemen en falingsmechanismen. Zo kunnen er bv. kortsluitingen optreden in de through-silicon vias (TSVs), de verbindingen tussen de chips. Imec-onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld waarmee je snel deze fouten kan opsporen én lokaliseren, en dit terwijl de chips nog op de siliciumschijf zitten. Bovendien is de techniek niet-destructief en vereist het geen speciale apparatuur. 3/64

4 Postdoctoraal onderzoeker Kristof J.P. Jacobs vertelt ons meer over deze techniek en licht ook al een tipje van de sluier op over een tweede gerelateerde techniek waarmee je nog dieper in de chips kan kijken. Through-silicon vias in het hart van 3D-chips Het stapelen van chips is een steeds meer gebruikte techniek om compacte krachtige systemen te maken. Bovendien heb je het voordeel dat je verschillende technologieën kan gebruiken voor elke chip (bv. geheugenchips, logische chips,...). 3D-chips worden o.a. gebruikt voor grote geheugens in spelconsoles. Als je binnen in een 3D-chip zou kunnen kijken, zie je dat heel smalle buisjes de gestapelde chips onderling verbinden. Het zijn de zogenaamde through-silicon vias (TSVs). Het maken van die TSVs is geen sinecure. Het vereist meerdere complexe processen zoals: deep Si etch, CVD oxide insulation, metal barrier & seed deposition, copper electroplating en CMP. Het stapelen van chips tot 3D-chips Het nieuwe recept dat werd opgesteld voor het maken van de TSVs zorgt ook voor nieuwe betrouwbaarheidsproblemen en falingsmechanismen. En dit vereist dan weer het uitwerken van nieuwe methoden voor falingsanalyse (FA). FA is een belangrijke tool voor procesingenieurs omdat ze zo inzicht krijgen in de mogelijke fouten die optreden tijdens de processen en hoe die te voorkomen. Deze informatie is onmisbaar om betrouwbare 3D-chips te maken. Vandaag zijn er maar een beperkt aantal technieken beschikbaar die niet destructief zijn en fouten in de chipverbindingen van 3D-chips kunnen lokaliseren. Hiervan zijn magnetisch veld tomografie, lock-in thermografie, en elektro-optisch terahertz puls reflectometrie de meest gebruikte. Elk van deze technieken heeft specifieke voor- en nadelen, maar wat ze gemeenschappelijk hebben is dat ze allemaal zeer gespecialiseerde en dure apparatuur vereisen. Apparatuur die niet vaak beschikbaar is in vele labo s. 4/64

5 Er is dus zeker een nood aan snelle en relatief goedkope technieken voor foutanalyse bij 3D-chips, en daarom ontwikkelde imec-onderzoekers een nieuwe techniek. De techniek noemt LICA en is in staat om fouten in de verbindingen tussen 3D-chips zeer precies te lokaliseren. Het is gebaseerd op de invloed die licht heeft op de TSV-capaciteit. Bovendien vereist de techniek enkel een scanning laser microscoop, een probing station, en een capaciteitsmeter, allemaal standaard tools voor FAlabo s. Through-silicon vias vormen het hart van 3D-chips. TSV falingsanalyse is onmisbaar als je de productie van 3D-chips wil optimaliseren. LICA fouten lokaliseren dankzij licht LICA staat voor light-induced capacitance alteration. Het verwijst naar het feit dat de elektrische capaciteit van een TSV verandert wanneer het belicht wordt (fotocapaciteit). Echter, wanneer er een fout aanwezig is in de TSV, en het licht schijnt op deze plaats op de TSV, zal de capaciteit niet veranderen omdat de elektrische verbinding met de meter onderbroken is. Op deze manier kan de fout gelokaliseerd worden. De techniek bouwt verder op de capaciteit-spanning (C-V) meetmethode met een aanpassing zodat de meting heel lokaal kan uitgevoerd worden. In tegenstelling tot scanning capaciteit microscopie (SCM), waar de lokale capaciteit gemeten wordt tussen het staal en de kleine meetprobe die over het oppervlak beweegt, wordt hier een gefocuseerde laserstraal gebruikt om de verandering in TSV-capaciteit te induceren. 5/64

6 De fotogevoeligheid van de TSV-capaciteit is afhankelijk van veel factoren, o.a. de golflengte van het gebruikte licht en de meetfrequentie. De invloed van deze twee factoren werd bestudeerd om zo de optimale meetparameters te bepalen en een maximale signaalsterkte te bekomen. Onder optimale condities, kan ongeveer 70% van de TSV-capaciteit gevoelig gemaakt worden voor licht. De signaalsterkte is typisch een tiental femtofarads (10-15 F), gemakkelijk detecteerbaar voor standaard capaciteitsmeters. De gevoeligheid van de meters is voldoende voor metingen van één chip, maar als je een volledige siliciumshijf met honderden chip wil screenen, zal dit te lang duren. Daarom ontwikkelde onderzoekers een ultragevoelig meetinstrument waardoor de meting geen uren, maar slechts enkele minuten duurde voor een chip. Tijdens het uitvoeren van de LICA-techniek wordt de licht-geinduceerde verandering van de capaciteit gemeten terwijl een laser de te onderzoeken TSV-structuur belicht. Test probes zorgen voor een elektrische verbinding tussen de TSV-structuur en het meetapparaat. Het defect in de TSVstructuur wordt gelokaliseerd wanneer de gemeten capaciteit plots verandert. Demonstratie van de LICA-technologie De techniek werd aangetoond op een 5x50 micrometer via-middle TSV-ketenstructuur, die gemaakt werd in imecs 300mm cleanroom. Het doel van deze TSV-ketens is om hun elektrische continuiteit aan te tonen. De weerstand van die TSV-ketens meten, geeft een indicatie over hun werking (goede of defecte TSV-keten), maar je krijgt zo geen informatie over de plaats van een defect. Nochtans is het lokaliseren van het defect belangrijk om te begrijpen hoe het ontstaan is. 6/64

7 Om de toepasbaarheid van de LICA-techniek aan te tonen, werd een open defecte TSV-keten geselecteerd bestaande uit 650 TSVs met een pitch van 20 micrometer. Door het laserlicht over de keten te bewegen, en tegelijkertijd een differentiële meettechniek toe te passen, kon het open defect in de keten gelokaliseerd worden, tot op het niveau van een specifieke TSV. Vandaag wordt de LICA-techniek gebruikt in de imec cleanroom door de onderzoekers van de 3D-chip onderzoeksgroep. De kaart van de siliciumschijf met goede en slechte chips toont waar de slechte chips zitten. Het bevat echter geen informatie over de exacte lokatie van de fout in de chip. Met de LICA-techniek kunnen deze fouten opgespoord en gelokaliseerd worden, tot op het niveau van through-silicon vias. De toekomst: een thermische techniek voor 3D-chips Een beperking van de LICA-techniek is dat het gebied dat je wil bestuderen bereikbaar moet zijn voor de laser. Diëlektrische passivatielagen zijn geen probleem (want transparant voor laserlicht), maar metaallagen, underfill, en epoxy overmold vormen wel een probleem. Hierdoor kunnen chips die zich in het midden van de 3D-chips bevinden niet onderzocht worden. Daarom ontwikkelen onderzoekers momenteel een tweede gelijkaardige techniek die in plaats van lichtgolven thermische golven gebruikt. Deze kunnen wel doorheen de bovengenoemde materiaallagen bewegen. Het is een extra tool voor de studie van 3D-chips, om zelfs fouten die zich diep in de 3Dchip bevinden, op te sporen. 7/64

8 Meer weten? Lees je graag de technische paper Light-induced capacitance alteration for non-destructive fault isolation in TSV structures for 3D integration? Stuur dan een naar Biografie Kristof J.P. Jacobs Kristof J.P. Jacobs is een postdoctorale onderzoeksfellow van KU Leuven, werkzaam bij imec. Hij maakt deel uit van imecs betrouwbaarheids-onderzoeksgroep. Zijn onderzoek focust op falingsanalyse voor 3Dtechnologieën. Verder gaat zijn interesse ook uit naar karakterisatie van halfgeleidermaterialen en terahertz technologie. Hij heeft een MSc in Electronic Engineering en een PhD in Semiconductor Photonics van de universiteit van Sheffield, UK. Zijn proefschrift handelde over Manufacturability of high current density resonant tunnelling diodes for terahertz (THz) technologies. Tijdens zijn doctoraat ontwikkelde hij een nieuw fabricageproces en karakterisatiemethode voor het maken van compacte THz-bronnen, in samenwerking met Rohm Semiconductor, Japan. 8/64

9 Editie september 2017 Smart Health, Image sensors and vision systems, Sensor solutions for IoT, CSR Je dagelijkse gezondheidscheck krijg je in de wagen Imec ontwikkelt capacitieve, optische en radartechnologie om te integreren in je omgeving om zo onmerkbaar je gezondheid te checken. Intro Gezondheidsfreaks dragen een fitnesstracker rond hun pols, maar ook voor de non-freaks is er iets moois op komst. Door sensor- en radartechnologie te integreren in autostoelen, zetels en kantoorruimten kunnen je ademhaling, hartslag en elektrocardiogram (ECG) discreet gemonitord worden. De automobielindustrie is alvast zeer enthousiast omdat dergelijke technologie (indirect) veel ongevallen kan helpen voorkomen. Maar niet alleen dat: aangezien we steeds meer tijd doorbrengen in de wagen is het gewoon ook de ideale plaats om je dagelijkse gezondheidscheck uit te voeren. 9/64

10 We spraken met Chris Van Hoof, directeur wearable healthcare en Tom Torfs, ingenieur biomedical and wireless systems bij imec, en ontdekten hoe ze capacitieve, optische en radartechnologie inzetten om unieke beyond wearables -toepassingen mogelijk te maken. Iedereen zijn gezondheidstracker? Volgens het internationale studiebureau IDC zullen er in 2017 meer dan 125 miljoen wearables verkocht worden, een toename van 20% t.o.v En tegen 2021 zou dit aantal nog verdubbelen. Onder de gebruikers zien we vooral mensen die bewust bezig zijn met hun gezondheid. Als ze bijvoorbeeld hun gedrag willen veranderen meer bewegen, gewicht verliezen kan zo n wearable motiverend werken, zeker voor een bepaalde periode. Maar het blijft een feit dat een aanzienlijk deel van de bevolking geen wearable wil of denk aan chirurgen, brandweerlieden, machine-operatoren mag dragen. In sommige gevallen zou het dus handig zijn om gezondheidsparameters te meten zonder hiervoor een wearable nodig te hebben. Zitten en liggen voor een betere gezondheid Denk bv. aan een wagen. Stel dat je sensoren kan integreren in de autostoel, het stuur en het dashboard zodat je ademhaling, bloeddruk, hartslag en hartactiviteit continu gemeten kunnen worden. Eerst en vooral kunnen dan veel ongelukken vermeden worden, door het tijdig opsporen van slaperigheid, stress of hartproblemen. Bijvoorbeeld voor zelfrijdende wagens zijn deze metingen een must omdat de automatische piloot zeker moet kunnen zijn dat hij in bepaalde situaties op een alerte bestuurder kan rekenen. En, wanneer een ongeluk dan toch niet vermeden kan worden, kunnen de sensoren de gezondheidstoestand van de bestuurder en passagiers nagaan en automatisch doorsturen naar de hulpdiensten. Tenslotte kan je autostoel je dagelijkse check-up uitvoeren en je wekelijks een rapport sturen met je waarden. 10/64

11 Dezelfde sensoren kan je trouwens ook integreren in je bureaustoel op kantoor, in de zetel thuis, in een ziekenhuisbed; of in het wiegje van je baby of zelfs de couveuses op de neonatale afdeling. Drie beyond wearables technologieën Imec zet in op drie technologieën om zo n beyond wearables -tijdperk mogelijk te maken: capacitieve, radar en hyperspectrale sensortechnologie. 1. Capacitieve sensoren Imec onderzoekers integreerden capacitieve sensoren op verschillende plaatsen in een bureaustoel en een autozetel om ECG-metingen te doen en ademhaling te detecteren, doorheen kleding. Dit principe is niet nieuw, maar de technologie werd nog niet eerder gebruikt in praktische toepassingen omdat de kwaliteit van de metingen het liet afweten wanneer de persoon in de stoel beweegt of als de auto over een slecht wegdek rijdt. Het was dus een kwestie van deze variabele betrouwbaarheid aan te pakken zodat real-life toepassingen mogelijk worden. De oplossing ligt in het gebruik van slimme algoritmes. Allereerst kunnen die bijsturen/ compenseren wanneer bewegingen en artefacten gedetecteerd worden en zo de metingen betrouwbaarder maken. Ten tweede kunnen algoritmes het systeem adaptief maken. Dit betekent dat, in goede omstandigheden, een (ECG-)signaal gemeten wordt dat van medische kwaliteit is maar dat, in minder goede omstandigheden, de sensoren overgaan tot een robuuste modus en ruwere metingen doen. Je zal dan bijvoorbeeld nog wel de hartslag kunnen meten, maar geen perfecte ECGgrafiek krijgen. De variabele betrouwbaarheid wordt meegenomen in de metingen en wordt ook gecommuniceerd samen met de meetresultaten. 11/64

12 Misschien meet je zo tijdens je rit naar het werk 15 minuten aan slechte kwaliteit en 45 minuten aan goede kwaliteit. Zolang je dit weet, is dit een heel bruikbaar resultaat. Dit is heel anders dan bv. bij de huidige fitnesstrackers die continu een waarde geven voor je hartslag zonder aan te geven hoe betrouwbaar die meting wel is. Capacitieve sensoren kunnen worden geïntegreerd in een zetel, bed, bureau- of autostoel. Imec ontwikkelde een systeem dat tot 64 sensoren kan ondersteunen. Als je capacitieve sensoren wil gaan gebruiken om ademhaling en hartactiviteit te meten, in praktische toepassingen, is het belangrijk om ook de betrouwbaarheid van de metingen te registreren. 2. Radar Imec gebruikt CMOS-technologie om compacte en goedkope radarmodules te maken. Imecs 79GHz-radarmodule, bijvoorbeeld, kan ingezet worden voor car-to-car communicatie. Maar radartechnologie kan ook gebruikt worden om hartslag en ademhaling te meten. Er zijn al radars op de markt die dergelijke parameters kunnen meten bij één stilstaande persoon. Imec-onderzoekers willen echter een stapje verder gaan en verschillende personen in een ruimte opmeten, zelfs als ze bewegen. Ook hier krijg je af te rekenen met een variabele betrouwbaarheid. 12/64

13 De onderzoekers slaagden erin om met een 5-7GHz radar hartslag en ademhaling te meten van twee verschillende personen in een ruimte, op 2m afstand van de radar. Net als bij de capacitieve sensoren worden ook hier slimme algoritmes ingezet om de variabele betrouwbaarheid aan te pakken en dit geen belemmering te laten zijn voor praktische toepassingen. De radar die in het experiment gebruikt werd, is nog vrij groot en dient voornamelijk om het principe te demonsteren. Uiteindelijk moet een veel kleinere radarmodule gebruikt worden die vrijwel onzichtbaar geïntegreerd kan worden in bv. een kantoorruimte of in het dashboard van een wagen. Eén radarmodule per ruimte is voldoende om verschillende personen op te meten. In parallel werken de collega s van het radarteam aan een nieuw type radar dat werkt bij 140GHz. Deze is zeer compact doordat de antennes heel klein zijn en het volledige systeem geïntegreerd is op één chip. Met deze radar zal zowel de afstand als de richting van een persoon ten opzichte van de radar gemeten kunnen worden, waardoor de metingen voor verschillende personen in een ruimte nog nauwkeuriger zullen zijn. 3. Hyperspectrale optische sensoren Hyperspectrale camera s detecteren het gereflecteerde licht van objecten, en dat in zeer fijne golflengtebanden. Deze camera s kunnen onder meer gebruikt worden om de kwaliteit van voeding te controleren, de samenstelling van objecten, enz. Imec ontwikkelt hyperspectrale camera s op basis van CMOS-technologie waardoor ze veel compacter en goedkoper zijn dan de types die vandaag gebruikt worden. Hierdoor gaan ze veel breder inzetbaar worden. Met gewone RGB-camera s kan je onder bepaalde omstandigheden al iemands hartslag en ademhaling meten. Met hyperspectrale camera s kan je dit ook en wel zeer nauwkeurig; en er kan nog meer: bv. het zuurstofgehalte in iemands bloed meten. Dit kan bv. nuttig zijn in ziekenhuizen, of voor babymonitoring thuis. Nu heb je al babyfoons met een gewone camera, maar in de toekomst kan dit voor enkele euro s extra een hyperspectrale camera zijn. Sensors combineren voor gezond autorijden, werken,... Door bovenstaande technieken te combineren zogenaamde sensorfusie worden betrouwbare metingen mogelijk. Bijvoorbeeld: capacitieve sensoren kunnen in de autostoel gebruikt worden voor ECG-metingen en ademhaling. Maar als de bestuurder een dikke trui of jas draagt, wordt dat moeilijker. Door ook een radar te integreren in het dashboard, voor hartslag en ademhaling, wordt het mogelijk om de metingen te combineren en zo tot een eindresultaat te komen dat in alle omstandigheden bruikbaar is. In een kantoor kunnen capacitieve sensoren dan weer verwerkt worden in de bureaustoel terwijl er een radar of optische sensoren in de laptop kunnen zitten. In een huiskamer kan een zetel met capacitieve sensoren gebruikt worden in combinatie met een tvscherm of verlichtingspunt met radar of optische sensoren. In een (ziekenhuis)bed kunnen capacitieve sensoren in de matras geïntegreerd worden. Samen met fabrikanten van dergelijke producten willen we nu nagaan hoe deze technologie voor gezondheidsmetingen verder nuttig kan worden ingezet. 13/64

14 Het is uiteraard niet de bedoeling om de bestaande medische meetinfrastructuur in een ziekenhuis te vervangen door deze sensoren. Bekijk het eerder als een aanvulling, waarbij de sensoren toelaten om lichaamsparameters ten allen tijde op te meten zelfs daar waar dit vandaag nog niet kan of niet praktisch is. Bovendien opent dit de deur naar nieuwe toepassingen buiten het ziekenhuis voor het opvolgen van chauffeurs of piloten bijvoorbeeld, of voor gebruik in de thuiszorg waar vroege detectie van bijvoorbeeld hartproblemen vele mensenlevens kan redden. Door verschillende meettechnieken te combineren zogenaamde sensor fusion worden betrouwbare metingen mogelijk, voor een brede waaier aan toepassingen. 14/64

15 Meer weten? Dit onderzoek kadert in het imec.ichange-programma. Hierin wordt hardware en software ontwikkeld voor wearables en beyond wearables. Eén voorbeeld is de door imec ontwikkelde MUSEIC-chipfamilie die uniek is omwille van de compactheid, het lage verbruik en de lage productiekost. Vandaag vooral ontwikkeld voor contactmetingen en gebruikt in bv. pleisters, armbanden en headsets, worden deze chips nu aangepast zodat ze ook non-contactmetingen aankunnen. Wil je graag de technische paper "Robust wireless capacitive ECG system with adaptive signal quality and motion artifact reduction," (2016 IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications) lezen, neem dan contact op via Contacteer Chris Van Hoof via en Tom Torfs via mec.be Biografie Chris Van Hoof Chris Van Hoof leidt imecs personal health R&D-activiteiten in Leuven, Eindhoven en Gent waar de onderzoeksteams innovatieve oplossingen creëren voor artsen, patiënten en voor diagnose, preventie en coaching. Chris houdt ervan dingen te maken die echt werken: naast het creëren van talloze werkende prototypes voor klanten heeft zijn werk geleid tot 5 imec spin-offs (4 in het domein van de gezondheidszorg). Hij heeft meer dan 600 publicaties op zijn naam staan en was al meer dan 100 keer aanwezig als gastspreker op internationale congressen. Hij is tevens professor aan het ESAT departement van de KU Leuven. 15/64

16 Biografie Tom Torfs Tom Torfs stuurt de activiteiten op noncontact health sensing binnen het personal health team. Hij behaalde zijn ingenieursdiploma elektronica in 2001 van KIH De Nayer en een masterdiploma in biomedische technologie van de KU Leuven in Hij werkt sinds 2001 bij imec als systeemonderzoeker en -architect. Daarbij ontwikkelde hij verschillende compacte draadloze systemen, bouwend op imec s sensor, draadloze en packaging technologie, met een focus op sensoren voor biomedische applicaties en body area networks. Hij is (co-)auteur van meer dan 50 publicaties, 12 als eerste auteur en 2 patenten. 16/64

17 Editie september 2017 Semiconductor technology & processing Hoe kunnen we de signaalvertraging in chipbedrading verbeteren? Imec-onderzoekers bedenken oplossingen - nieuwe processtappen, materialen en ontwerpen - om de signaalvertraging in de chipbedrading (BEOL) van volgende chipgeneraties tegen te gaan. Intro Interconnects, de bedrading in de zogenaamde back-end-of-line (BEOL) van chips, worden alsmaar compacter bij elke nieuwe chipgeneratie. En dat leidt tot een ongewenste signaalvertraging, uitgedrukt als een toename in het product van de weerstand en de capaciteit (of RC) van de interconnects. Daarom zoeken onderzoekers wereldwijd naar nieuwe strategieën om goede interconnects te maken voor de volgende chipgeneraties. 17/64

18 Zsolt Tokei, Directeur van imecs Programma over Nano- Interconnects, vertelt over de nieuwste trends in het interconnect-landschap. Hij bespreekt een aantal opties die een antwoord kunnen bieden op het probleem van de RC-vertraging. Deze oplossingen werden ook voorgesteld tijdens de IEEE International Interconnect Technology Conference (IITC) van 2017, waar Zsolt deelnam aan een paneldiscussie over de meest beloftevolle metaal-bedrading voor de volgende generatie chips. Signaalvertraging, een zorg voor de chipindustrie Bij elke nieuwe technologiegeneratie wordt de schaalverkleining van transistoren alsmaar complexer. Daarbij komt dat de voordelen van schaalverkleining die we winnen in de zogenaamde front-end-of-line (de transistoren) gemakkelijk teniet worden gedaan wanneer de back-end-of-line (BEOL) niet volgt. In deze BEOL worden verschillende lagen van koperdraden (Cu) die de transistoren in de chip elektrisch met elkaar verbinden op elkaar gestapeld. Zsolt Tokei: Vandaag bevatten de meest geavanceerde rekenchips gemakkelijk 12 tot 15 lagen Cu-bedrading. Bij elke technologiegeneratie (of node, dit is wanneer chiptechnologie verder verkleint) wordt dit bedradingsschema alsmaar complexer. Dat komt omdat steeds meer transistoren moeten verbonden worden met alsmaar kleinere pitch (de onderlinge afstand tussen gelijkaardige structuren). Naarmate de dimensies kleiner worden, verkleint ook de doorsnede van de draden waardoor het product van de weerstand en de capaciteit (ook RC genoemd) van het interconnectsysteem toeneemt. En dat leidt tot een sterke signaalvertraging. "Deze zogenaamde RC-vertraging begon een aantal chipgeneraties geleden, en de problemen worden steeds erger. Zo wordt een vertraging van meer dan 30% verwacht wanneer we overgaan van de 10nm naar de 7nm node." 18/64

19 De huidige procesflow voor interconnects De dual-damescene procesflow met Cu als geleider is nog steeds de gangbare procesflow in de industrie sinds hij midden 1990 werd ingevoerd. Een basis dual-damascene flow start met het neerzetten van een lage-k diëlektrisch materiaal op een structuur. Deze lage-k filmen zijn ontworpen om de capaciteit en de vertraging in chips te reduceren. In een volgende stap wordt deze diëlektrische laag bedekt met een oxide en een resist, en via s en geulen worden gevormd door middel van lithografie- en etsstappen. De via s verbinden één metaallaag met de laag erboven of eronder. Daarna wordt een metallische barrièrelaag toegevoegd om te verhinderen dat Cu-atomen migreren in de lage-k materialen. De barrièrelagen worden neergezet met de techniek van physical vapor deposition waarbij materialen zoals tantalum en tantalumnitride worden gebruikt en vervolgens gecoat met een Cu seed barrière. In een laatste stap wordt Cu aangebracht op deze structuur met de techniek van elektroplating, in een chemisch-mechanische polijst-stap (CMP). Een volledige dual-damascene module voor de 5nm node De halfgeleiderindustrie wil de huidige dual-damascene technologie zo lang mogelijk blijven gebruiken vooraleer op een nieuw proces over te stappen. En dat begint met stapsgewijze veranderingen aan de huidige technologie, waardoor die tot minstens de 5nm node zou moeten standhouden. Zsolt Tokei: Onze onderzoekers hebben een volledige dual-damascene module gedemonstreerd voor de 5nm technologienode. 19/64

20 In deze generatie chips wordt de BEOL enorm complex, en liggen de structuren erg dicht tegen elkaar (kleine pitches). Bijvoorbeeld, wanneer we de oppervlakte in logische chips met de helft verkleinen en een SRAM geheugencel met 60% verkleinen, hebben de poorten van de transistoren een onderlinge afstand van slechts 42nm en hebben we een first routing metaal met 32nm pitch (of 16nm halve pitch, wat neerkomt op de helft van de afstand tussen gelijkaardige structuren). In deze BEOL-lagen worden geulen (of trenches) gecreëerd die later opgevuld worden met metaal in een metallisatiestap. Om elektrisch functionele interconnects te maken, worden er zogenaamde blocklagen loodrecht aangebracht op de geulen. Eén van de vele uitdagingen bij de schaalverkleining van interconnects heeft te maken met de lithografie-opties. Het aanbrengen van patronen in deze complexe lagen kan niet langer met enkelvoudige immersielithografie en directe ets-stappen worden uitgevoerd. Dat is enkel mogelijk met multi-patterning een erg dure en complexe oplossing waarbij meerdere belichtingsstappen gebruikt worden hetzij met immersielithografie, of met EUV, of met een combinatie van immersie en EUV om één metaallaag te maken. Tijdens de IITCconferentie demonstreerden we een volledig intregratieproces waarbij we gebruik maakten van multi-patterning. Hiermee konden we de metaal-block met een erg kleine pitch patroneren, en de kritische dimensie van de geul tot 12nm verkleinen bij 16nm halve pitch. We keken ook naar de betrouwbaarheid, bijvoorbeeld naar elektromigratie-problemen die veroorzaakt worden door de beweging van atomen in de interconnects. We toonden aan dat ons Cu-metallisatieschema bruikbaar is bij deze kleine dimensies, en we keken naar ruthenium (Ru) als een vervanger voor Cu. Cu-lijnen met heel kleine onderlinge afstand, ingebed in een lage-k materiaal. De metaal-blocks werden aangebracht door middel van een toon-inversie-flow. Voorbij de 5nm technologienode... Voor kleinere technologienodes (kleiner dan 5nm) bekijkt het team van Zsolt Tokei een veelheid aan opties. Zo onderzoeken ze nieuwe materialen voor geleiders en diëlektrica, barrièrelagen, via s en nieuwe manieren om ze te deponeren; innovatieve BEOL-architecturen om 2,5D/3D-structuren te maken; nieuwe schema s om patronen aan te brengen; co-optimalisatie van systeem en technologie, enz. 20/64

21 Zsolt Tokei: Zo maken we meer en meer gebruik van zogenaamde scaling boosters, zoals zelfalignerende via s, om fabricageprocessen te ontwikkelen en tegelijk de RC-vertraging onder controle te houden. Het aligneren van via s, die de verschillende lagen onderling verbinden, is een kritische stap in het BEOL-proces. Door deze alignering wordt immers de oppervlakte bepaald die beschikbaar is voor het onderlinge contact tussen de interconnectlagen. Het verkeerd aligneren heeft een invloed op de weerstand en de betrouwbaarheid van de interconnects. Wij hebben aangetoond dat het nodig is om zelf-alignerende via s te gebruiken om onze overlap-specificaties te halen. We konden een procesflow ontwikkelen voor 12nm halve-pitch structuren. Ook zelf-assemblerende monolagen (SAMs) bieden nieuwe mogelijkheden. SAMs opgebouwd uit sub-1nm organische ketens en getermineerd met de juiste functionele groepen, kunnen helpen om de dunne-film diëlektrica en metaalinterfaces te engineeren, en kunnen diffusie aan grensvlakken verhinderen. Zsolt Tokei: Er wordt al tien jaar onderzoek gedaan naar het gebruik van SAMs in de BEOL. Wij hebben dit veelbelovend concept nu van lab naar fab gebracht, en we hebben de SAMs geïntegreerd in een metallisatie-schema op een volledige wafer. Onze onderzoekers hebben de impact van deze SAMs op de performantie van de interconnects en de schaalbaarheid van de procesflow onderzocht. De SAMs leidden tot een betere interface en een dunnere barrière, waardoor de onderzoekers een reductie van ongeveer 18% konden aantonen in de RC van 22nm halve-pitch dual-damascene interconnects. In een conventionele BEOL-metallisatiestap wordt een barrièrelaag gecoat met een Cu seed barrière en deze structuur wordt met de techniek van elektroplating bedekt met laag-resistief Cu dat dienst doet als geleider. Maar wanneer we overgaan naar sub-10nm interconnects, neemt de weerstand van Cu verder toe. Tegelijk neemt ook de diffusiebarrière die erg resistief is en moeilijk te schalen alsmaar meer plaats in, waardoor de totale weerstand van de barrière/cu-structuur toeneemt. Zsolt Tokei: Daarom kijken we naar alternatieve metalen die Cu mogelijk kunnen vervangen, en die geen diffusiebarrière nodig hebben. Onder de mogelijke kandidaten, zoals Co, Ni, Mo enz, zijn vooral de metalen die tot de groep van platina behoren erg beloftevol. Dat komt door hun lage bulk-weerstand en hun weerstand tegen oxidatie. Ze hebben ook een hoog smeltpunt, wat kan leiden tot een beter elektromigratie-gedrag. 21/64

22 "Ons onderzoeksteam is er in geslaagd om Ru nanodraden te maken met een doorsnede van 58nm 2. De nanodraden vertonen een lage resistiviteit en blijken erg robuust te zijn. Zo bleken ze in staat te zijn om hoge stromen te geleiden, met stroomwaarden (fusing currents) tot 720Ma/cm 2." Tijdsafhankelijk gedrag van Ru nanodraden onder thermo-elektrische spanning. Zsolt Tokei was uitgenodigd om tijdens de IITC-conferentie van 2017 deel te nemen aan een paneldiscussie. Deze werd georganiseerd door Applied Materials om te discussiëren over de laatste ontwikkelingen in de BEOL bij hele kleine nodes, over de uitdagingen en problemen die bij deze heel erg kleine dimensies optreden en over nieuwe eisen die door de toepassingen aan de BEOL gesteld worden. Gerenommeerde sprekers uit het technisch veld keken naar haalbare oplossingen om de huidige technologie te verlengen, en naar alternatieve opties. Zsolt Tokei: Uit de discussie is duidelijk gebleken dat innovatie in de geleiders het grootste onmiddellijke voordeel kan bieden. Dat vormt de drijfveer om Cu te vervangen in specifieke metallisatieniveaus. Andere opties zoals innovaties in diëlektrica, functionaliteit in de BEOL of 2D materialen blijven interessante pistes voor verder onderzoek. Vandaag worden signalen overgebracht door voortplanting van elektronen in geleiders. Een optie voor de verdere toekomst is te werken met zogenaamde spingolven in geleiders als alternatief signaaltransport. 22/64

23 Bijkomende functionaliteit toevoegen aan de BEOL In de toekomst worden mogelijk meer en meer technologie-opties bepaald door wat het systeem of zelfs de applicatie vereisen. "Op die manier zouden aparte technologieën kunnen ontstaan voor bv. krachtige berekeningen, laagvermogen mobiele communicatie, chips voor medische toepassingen of voor IoT-sensoren." In dezelfde context onderzoekt imec de voordelen om bijkomende functionaliteit aan de BEOL toe te voegen. Zsolt Tokei: Meer specifiek bekijken we momenteel de mogelijkheid om dunne-film organische transistoren met typisch een lage lekstroom te integreren in het interconnect-circuit van Si FinFETs. Het mogelijke voordeel van zo n integratie zijn het lagere vermogenverbruik en de kleinere oppervlakte. Een groot aantal circuits kan voordeel halen uit deze hybride processing, zoals draagbare toepassingen, edram-geheugens, beeldschermen en FPGA-toepassingen. Zsolt Tokei: Als concreet voorbeeld voegen we momenteel imec s expertise in BEOL-technologieën samen met onze expertise in dunne-film gebaseerde flat-panel beeldschermen, waardoor opportuniteiten ontstaan voor nieuwe toepassingen... Meer weten? Zsolt Tokei vertelde over dit onderwerp tijdens het imec technology forum (ITF) 2017 USA. Wil je graag aanwezig zijn op een van de volgende ITFs, surf dan naar de ITF website voor meer info. Dit artikel is een compilatie van 4 IITC papers. Als je deze papers graag ontvangt, mail dan naar i mecmagazine@imec.be 23/64

24 Biografie Zsolt Tokei Zsolt Tokei is Distinguished Member of Technical Staff Interconnects bij imec. Hij vervoegde imec in 1999 en bekleedde er sindsdien verschillende technische posities. Eerst als procesingenieur en onderzoeker in het domein van koper/lage-k interconnects, en daarna als hoofd van de metaalgroep. Later werd hij Principal Scientist, Programmadirecteur Nano-Interconnects en, in 2016, Distinguished Member of Technical Staff Interconnect. In 1994 behaalde hij een M.S. in de fysica aan de University Kossuth in Debrecen, Hongarije. In het kader van een thesis die werd uitgevoerd aan zowel de Hongaarse University Kossuth en de Franse University Aix Marseille-III behaalde hij zijn PhD (1997) in de fysica en materiaalwetenschappen. In 1998 ging hij als postdoctoraal onderzoeker aan de slag bij het Max-Planck Instituut van Düsseldorf, Duitsland. Sinds hij bij imec werkt, richt hij zich op verschillende aspecten van interconnects, zoals schaalverkleining, metallisatie, elektrische karakterisatie, module-integratie, betrouwbaarheid en systeemaspecten. 24/64

25 Editie september 2017 Semiconductor technology & processing De verticale nanodraadtransistor: bouwsteen voor compacte SRAMgeheugencellen Verticale nanodraad-veldeffect-transistoren (nanodraad-fets) hebben veel mogelijkheden, ze kunnen bv. gebruikt worden voor de super-schaling van SRAM-cellen. Intro Nanodraad-veldeffect-transistoren (nanodraad-fets) in een verticale configuratie beloven de huidige chiptechnologie tot haar uiterste schalingslimieten te drijven. Ze nemen maar een kleine oppervlakte in en zijn toch zeer performant, waardoor ze zouden kunnen gebruikt worden als bouwblok voor erg compacte static random access memory (SRAM)-geheugencellen. In deze toepassing kunnen ze ook een belangrijke rol spelen bij hybride schaalverkleining een nieuwe manier van chip-schaling waarin niet één maar verschillende types transistorarchitecturen in eenzelfde systeem-op-chip worden geïntegreerd. In dit artikel belichten Nadine Collaert (distinguished member of technical staff bij imec), Anabela Veloso (principal member of technical staff bij imec) en Trong Huynh-Bao (R&D engineer bij imec) de mogelijkheden van verticale nanodraad-fets. Ze bespreken ook de integratieroutes voor dit type transistoren en hebben het over de super-schaling van SRAM-cellen. 25/64

26 Hybride schaalverkleining De traditionele schaalverkleining van transistoren is nog altijd één van de fundamenten van de halfgeleiderindustrie sinds Gordon Moore in 1965 zijn Wet van Moore voorstelde. Maar recent is er nog een andere trend in de technologie-roadmap verschenen: hybride schaalverkleining ook wel gehybridiseerde schaalverkleining, heterogene schaling of heterogene integratie genoemd. "Het grote verschil met traditionele transistor-schaling is dat hybride schaalverkleining niet langer één transistorarchitectuur gebruikt om het hele systeem op te bouwen." In de plaats daarvan worden er verschillende architecturen ingezet voor verschillende onderdelen van het systeem-op-chip, afhankelijk van hun functie in het systeem. Zo zou bv. magnetoresistive RAM (MRAM) gebruikt kunnen worden voor het embedded cachegeheugen, sterk geschaalde FinFETs voor de meest performante centrale verwerkingseenheden (CPU cores) en spin-logische transistoren voor de ultralaag-vermogen functies. In de context van hybride schaalverkleining zou er ook voor de verticale nanodraad-fet een belangrijke rol zijn weggelegd. Zoals imec onlangs aantoonde, is het een beloftevolle technologie voor het maken van erg compacte SRAMgeheugencellen. De verticale nanodraad-fet Gate-all-around (GAA) nanodraad/nanosheet FETs zijn in zekere mate een natuurlijke evolutie van de huidige FinFET-technologie. In een nanodraad-fet wordt het dunne geleidingskanaal van de transistor (de nanodraad) volledig omgeven door de poort vandaar de benaming gate-all-around. Daardoor kunnen de korte-kanaals-elektrostatische effecten (SCE) beter gecontroleerd worden, wat erg belangrijk is voor de meer geavanceerde technologienodes. Met deze technologie zou ook de dichtheid van de transistoren verder geschaald kunnen worden, wat met andere architecturen moeilijker gaat door problemen met het schalen van de poort-pitch (de onderlinge afstand tussen de poorten van de transistoren). Nanodraad-FETs kunnen zowel in een laterale als in een verticale configuratie geïmplementeerd worden. Nanodraad-transistoren in een laterale configuratie bevinden zich echter in een tweedimensionale layout, waardoor ook hun verdere schaalverkleining uiteindelijk op fysische grenzen zal stuiten. Zo zal bv. de plaats die beschikbaar is om de poorten en de contacten te plaatsen, te klein worden. Ook zullen in de back-end-of-line waar de transistoren onderling met elkaar verbonden worden door interconnects te veel metaaldraden in een te kleine ruimte aanleiding geven tot een congestie in de bedrading. 26/64

27 En daar zouden verticale GAA nanodraad-fets een interessante rol kunnen spelen. Met deze transistoren gaan we van een 2D- naar een 3D-layout-configuratie, waarbij de lengte van de poort verticaal gedefinieerd wordt. Een dergelijke disruptieve innovatie vraagt zeker om een cooptimalisatie van processing en ontwerp al vroeg in de ontwerpfase, maar brengt ook nieuwe opportuniteiten. Een belangrijk voordeel is dat de lengte van de poort in deze configuratie niet beperkt wordt door de voetafdruk van de transistor. Daardoor kan de poortlengte meer relaxed worden zonder daarom een grotere oppervlakte van de wafer te verbruiken. Ook de diameter van de nanodraad kan wat groter gemaakt worden terwijl toch de controle over de korte-kanaal-effecten behouden blijft. Beide aspecten zijn voordelig vanuit het standpunt van variabiliteit. Schematische voorstellingen van (links) de laterale nanodraad-fet met één of twee verticaal gestapelde laterale nanodraden, en (rechts) de verticale nanodraad-fet. "Een meer relaxte afmeting van de nanodraad kan ook voordelig zijn voor hogemobiliteits-transistoren die in het geleidingskanaal germanium of III-V-materialen gebruiken als alternatief voor silicium." 27/64

28 Deze hoge-mobiliteits kanaal-materialen beloven een lager vermogenverbruik van de transistor door een verlaging van de werkspanning, en dit met behoud (of zelfs verbetering) van de performantie. Maar theoretische studies voorspellen dat bij kleinere diameters van de nanodraad de mobiliteit zou afnemen, waardoor het voordeel van deze hoge-mobiliteitsmaterialen verloren gaat. Dit probleem kan worden opgelost met nanodraadjes in een verticale configuratie, wat meer speling toelaat in hun afmetingen. Met de verticale nanodraad-transistor zouden ook het vermogenverbruik en de parasitaire capaciteiten en weerstanden (RC parasitics) verbeteren. "Dat blijkt onder meer uit een vergelijkende analyse die imec maakte tussen FinFETs (met drievoudige poort), laterale nanodraad-fets en verticale nanodraad-fets." Voor de 5nm technologienode vertonen de verticale nanodraad-fets lagere waarden voor de parasitaire capaciteit en weerstand dan de andere twee architecturen. Zo worden veel grotere RC parasitics gemeten bij laterale nanodraad-fets waarbij meerdere horizontale nanodraadjes verticaal gestapeld worden om een verhoogde aandrijfstroom te bereiken. Berekeningen tonen ook aan dat de verticale nanodraad-fets het beter doen op het gebied van vermogenverbruik. Door de toename van het aantal draagbare toepassingen is laag vermogenverbruik een erg belangrijke factor geworden. Compacte SRAM-cellen Het relaxeren van de poortlengte blijkt ook een belangrijke parameter te zijn voor het optimaliseren van procesvariabiliteit, een kritische factor bij de schaalverkleining van SRAM-cellen. SRAM-cellen bestaan typisch uit 6 transistoren. Door te spelen met de poortlengte van één of meerdere van deze transistoren kunnen vaak betere en stabielere SRAM-cellen gemaakt worden. Maar wanneer laterale nanodraad-transistoren gebruikt worden voor de fabricage van de SRAM-cel, dan heeft een verandering van de poortlengte impact op de voetafdruk van de cel op de wafer. 28/64

29 Door verticale nanodraad-fets te gebruiken kan de poortlengte groter gemaakt worden om de performantie en de stabiliteit van de SRAM-cel te verbeteren, zonder daarbij meer oppervlakte te verbruiken. Door de zeer goede verhouding tussen performantie en oppervlakte kunnen de SRAM-cellen ook kleiner gemaakt worden. Voor 5nm ontwerpregels berekende imec een 30% kleinere oppervlakte voor een SRAM-bitcel met 6 transistoren opgebouwd uit verticale nanodraad-fets, in vergelijking met een SRAM-cel gemaakt van laterale nanodraad-fets. Deze sterk geschaalde SRAM-cellen vertonen ook een betere lees- en schrijf-stabiliteit, een lagere minimale werkspanning en lagere lekstromen in standby-mode. Schematische voorstelling van een compacte SRAM-cel met verticale nanodraad-transistoren; de oppervlakte kan tot 30% kleiner worden in vergelijking met een SRAM-cel die opgebouwd is uit laterale nanodraad-transistoren. 29/64

30 Transistor-integratie: de kanaal-eerst -benadering Vanuit integratiestandpunt is de zogenaamde channel-last -methode (het kanaal laatst) de meest eenvoudige manier om verticale nanodraad-transistoren te maken. Deze werkwijze wordt bv. gebruikt om nanodraad-structuren in geheugentoepassingen te integreren. In een channel-last - benadering wordt er eerst een gat geëtst doorheen een gelaagde stapel. Nadien wordt dit gat opgevuld met het nodige materiaal door middel van selectieve epitaxiale groei en een chemischmechanische polijststap (CMP). Maar voor logische en SRAM-toepassingen heeft deze route twee grote nadelen: zowel de groei van hoge-kwaliteitskanalen (defect-vrij) als de dopering van de nanodraadjes wat nodig is voor de junctievorming in logische toepassingen vormen een uitdaging. "Daarom heeft imec tot nu toe gebruik gemaakt van de kanaal-eerst -benadering, wat leidt tot een betere kwaliteit van de kanalen en een grotere flexibiliteit in de keuze van de materialen (bv. Si of hoge-mobiliteits kanaal-materialen)." In de kanaal-eerst -benadering worden er nanodraad-pillaartjes gevormd en vindt de dopering plaats vóór alle andere proces-stappen (zoals isolatie, poort- en contactvorming). Het doperen van de Si-nanodraadjes gebeurt door drie gestapelde te lagen te groeien in één draad, elk met een verschillende doperingsconcentratie voor een bepaald transistortype (nmos/pmos). Een interessante optie voor de fabricage van de verticale nanodraad-fets is het gebruik van junctieloze transistoren. Aangezien in deze transistoren geen juncties nodig zijn, is het fabricageproces veel eenvoudiger. Transmissie-elektron microscopie (TEM) beeld, waarbij de verticale draadjes in doorsnede getoond worden na de volledige fabricage van de transistoren. 30/64

31 Toekomst: verticaal gestapelde verticale nanodraad-fets, de weg naar supergeschaalde SRAM-cellen De integratie van nanodraadjes in een verticale architectuur is een veelbelovende manier om erg compacte SRAM-cellen te maken. Op langere termijn kunnen we nog een stap verder gaan door ook deze verticale transistoren op elkaar te stapelen. Imec heeft een dergelijk nieuw SRAM-cel-ontwerp onderzocht, waarbij een SRAM-cel met 6 transistoren gestapeld wordt op een andere 6-transistor SRAM-cel. Daarbij worden telkens twee transistoren van hetzelfde doperingstype gestapeld. Een interconnectlaagje wordt verticaal gedefinieerd tussen de twee poortniveaus. Simulaties met dit ontwerp tonen een oppervlakteverkleining (per bit) van 39% ten opzichte van SRAM-ontwerpen die maar één niveau van verticale nanodraad-fets hebben. Dit nieuwe, sterk geschaalde 3D cel-ontwerp zou daarbij niet inboeten aan performantie. Samengevat vormt het stapelen van verticale nanodraad-transistoren een veelbelovende route naar hoog-performante super-geschaalde SRAM-cellen. 31/64

32 SRAM-cel-ontwerp waarbij twee verticale nanodraad-fets verticaal op elkaar gestapeld worden zo dat ze hetzelfde type dopering hebben voor bron en afvoer. Meer weten? Lees Vertical nanowire FET integration and device aspects van A. Veloso et al., ECS Transactions, 72 (4) (2016) Lees Challenges and opportunities of vertical FET devices using 3D circuit design layout van A. Veloso et al., SOI-3D-Subthreshold Microelectronics Technology Unified Conference (S3S), 2016 IEEE 32/64

33 Biografie Anabela Veloso Anabela Veloso behaalde in 1996 een M.Sc. in de ingenieurswetenschappen (toegepaste natuurkunde, 5 jaar) aan het Instituto Superior Técnico (IST)-Technical University of Lisbon, Portugal. Tot 2001 deed ze voor haar doctoraat onderzoek naar geavanceerde magneetkoppen (Ph.D. in 2002 aan het INESC-IST, Portugal, incl. een internship aan het Storage Technology Corporation, Louisville, Colorado, USA in 2000). Anabela werkt sinds 2001 als principal engineer bij imec, Leuven, België. Haar huidige interesses gaan uit naar de domeinen van geavanceerde CMOS transistor-fysica, karakterisatie en technologie, waarbij ze het nanodraad-transistor project leidt als onderdeel van het imec Core CMOS Logic programma. Ze is auteur en co-auteur van meer dan 200 papers gepubliceerd in internationale conferentieproceedings en technische journals (peer reviewed), en in was ze lid van de IEDM Process and Manufacturing Technology (PMT) commissie. Biografie Trong Huynh-Bao Trong Huynh-Bao ontving in 2012 de M.Sc. degree (met summa cum laude) van de Politecnico di Torino, Italië. In 2017 behaalde hij zijn Ph.D. (met de grootste onderscheiding) aan imec, Leuven en de Vrije Universiteit Brussel waar hij onderzoek deed naar Design- Technology Co-Optimization (DTCO) van verticale gate-all-around transistoren voor de sub-5nm CMOS-generaties. Sinds 2017 werkt hij als R&D engineer bij imec, waar hij zich richt op de verschillende aspecten van DTCO voor sub-10nm nodes, embedded SRAM, opkomende geheugentechnologieën en circuit-ontwerp enablers om de Wet van Moore te verlengen. 33/64

34 Biografie Nadine Collaert Nadine Collaert ontving haar M.Sc. en Ph.D. degrees in de Elektrotechniek van het departement ESAT, KU Leuven, België, in 1995 en 2000, respectievelijk. Sindsdien is ze betrokken in de theorie, het ontwerp en de technologie van FinFET-transistoren, opkomende geheugentechnologieën, transducers voor biomedische toepassingen en de integratie en karakterisatie van biocompatibele materialen (zoals koolstofgebaseerde materialen). Van 2012 tot april 2016 was ze programma-manager van het imec LOGIC-programma, waarbij ze zich vooral toelegde op hoge-mobiliteitskanalen, TFETs en nanodraad-transistoren. Sinds april 2016 is ze distinguished member of technical staff, verantwoordelijk voor het onderzoek naar nieuwe CMOS schalingsmethodes, die gebaseerd zijn op de heterogene integratie van nieuwe materialen met Si en nieuwe material enabled device en system approaches om de functionaliteit te verhogen. Ze is auteur en coauteur van meer dan 300 papers in internationale journals en conferentieproceedings, en ze heeft meer dan 10 patenten in het domein van transistorontwerp en procestechnologie op haar naam staan. Ze was lid van de CDTcommissie van de IEDM-conferentie en ze is nog steeds lid van programma-commissies van internationale conferenties zoals ESSDERC, ULIS/EUROSOI en het VLSI Technology Symposium. 34/64

35 Editie september 2017 Smart Health, Spin-off, Image sensors and vision systems, Flexible electronics Imec spin-off ontwikkelt revolutionaire digitale bril EYEco eyeco gebruikt een folie met vloeibaar kristal om brilglazen aan en uit te zetten, ideaal om je leesbril altijd bij de hand op de neus te hebben. Intro Een jaar geleden werd EYEco eyeco opgericht als spin-off van imec en UGent. Vandaag heeft de start-up 7 werknemers, 1,4 miljoen euro aan seed-funding en een prototype van hun digitale bril klaar. De bril is in de eerste plaats bestemd voor 40-plussers die moeite hebben om dichtbij te zien en toch op een comfortabele manier actief door het leven willen blijven gaan. Oprichters Paul Marchal en Jelle De Smet vertellen enthousiast over hun unieke technologie en over hun eerste nicheproduct dat ze volgend jaar zullen lanceren. 35/64

36 Hoe het allemaal begon In 2014 ontmoetten Paul en Jelle elkaar voor het eerst. Paul werkte toen als accountdirecteur voor imec in San Francisco waar hij nieuwe projecten op het gebied van dunnefilm-elektronica en optica definieerde samen met zowel start-ups als grote technologiebedrijven. Op datzelfde ogenblik ontwikkelde Jelle als postdoc aan CMST (geassocieerd labo van imec aan UGent) slimme contactlenzen met geïntegreerde sensoren, batterijen en zonnecellen. Voor dit onderzoek werd hij in 2017 gelauwerd als MIT Innovator Under 35. Al vlug ontstond er een goede verstandhouding tussen beiden en groeide het idee om die unieke technologie in te zetten voor veertigplussers die problemen krijgen met ouderdomsverziendheid. Presbyopie "Ouderdomsverziendheid of presbyopie ontstaat doordat de ooglens haar elasticiteit verliest." Hierdoor wordt het moeilijk voor het oog om dichtbij scherp te stellen. Vandaag dragen mensen met deze aandoening een leesbril of indien ze al een oogcorrectie hebben een bifocale, multifocale of progressieve bril. In het algemeen kan je stellen dat deze brillen bovenaan de juiste sterkte hebben om veraf scherp te zien en onderaan de juiste sterkte om dichtbij scherp te zien. Toch is dat geen ideale oplossing. Mensen die zo n bril dragen zie je vaak vreemde houdingen aannemen. Wil je bv. lezen wat er op je computerscherm staat dan moet je je hoofd naar achteren bewegen om door het onderste deel van je bril te kunnen kijken. Liggend op het strand een boekje lezen, lukt ook niet meer, want om te lezen moet je mooi naar onderen kijken, doorheen het leesgedeelte van je bril. Door het ontwerp van de lens heb je typisch ook maar een klein stukje van de bril dat juist scherp stelt, waardoor je als brildrager je hoofd van links naar rechts moet bewegen als je wil lezen i.p.v. gewoon je ogen te bewegen. Dan maar een aparte bril om te lezen en om ver te kijken? Geen goed idee als je gaat lopen of fietsen, en je zowel in de verte scherp wil zien als wanneer je naar je fietscomputer of sporthorloge kijkt. 36/64

37 Voor 40-plussers die nog graag actief bezig blijven, vormt presbyopie echt een probleem, evenals voor sporters (boogschieters, fietsers, golfers, vissers, ). De oplossing: een digitale bril. Hoe lost EYEco eyeco dit probleem op? Door een digitale bril te ontwikkelen die wanneer nodig geactiveerd kan worden (bv. door te dubbel tappen op de brilarm). Deze bril corrigeert het zicht over het volledige oppervlak van het glas, waardoor je een veel breder gezichtsveld hebt om veraf of nabij te zien. Hierdoor beschik je steeds over een comfortabel en scherp zicht op het werk en daarbuiten. Ook zou deze oplossing het ziekteverzuim door nek- en rugklachten terugdringen en mensen langer en aangenamer laten werken. Het geheime ingrediënt van de digitale bril is een folie die een vloeibaar kristal bevat en die geïntegreerd wordt in een brilglas. Door het elektrische veld over het kristal te veranderen wordt de brekingsindex ervan gemanipuleerd en verandert de sterkte van de bril. De bijhorende elektronicamodule is bovendien zo klein dat die onzichtbaar geïntegreerd kan worden in normale brilmonturen. Brillen zijn immers een fashion statement. Niemand wil met een elektronisch gadget op z n neus rondlopen. Investeerders en dreamteam Bij de opstart vonden Paul en Jelle al gauw steun bij 4 partners Tokai Optecs NV, FIDIMEC NV, QBIC ARKIV NV en SOFI die samen 1,4 miljoen euro seed funding kapitaal op tafel legden. Het marktonderzoek toonde immers aan dat er enorm veel vraag was naar een goede oplossing voor presbyopie of ouderdomsverziendheid. De spin-off kan bovendien rekenen op een topteam. Paul en Jelles medewerkers hebben jarenlange ervaring in beeldschermtechnologie en een uitgebreid businessnetwerk. Hierdoor was het mogelijk om in minder dan een jaar een 10-tal prototypes te maken voor de eerste testen (augustus 2017). 37/64

38 Begin 2018 volgt dan een grotere test met enerzijds brillen voor kantoorwerk en anderzijds brillen voor sporters. Deze twee doelgroepen ondervinden immers de grootste problemen met presbyopie. In de zomer van 2018 verwacht EYEco eyeco zijn eerste product op de markt te brengen. Ook voor augmented reality De technologie biedt naar de toekomst toe bovendien mogelijkheden voor augmented en virtual reality brillen. Bij dergelijke brillen wordt de info typisch in het verzicht geprojecteerd. Wanneer je de bril echter draagt tijdens een activiteit die dichtbij gebeurt, bv. aan een machine werken, ontstaan er problemen. Je oog moet dan immers tegelijk ver en dichtbij kijken. Men spreekt dan van een convergentiemismatch. "Met de gepatenteerde technologie van EYEco eyeco kan de AR/VR-informatie naar wens ver of dichtbij geprojecteerd worden." Maar, de eerste focus voor de spin-off blijft de digitale bril voor presbyopie. Meer weten? Vragen? De meest recente informatie vind je op hun website: eyeco-eyeco.com 38/64

39 Biografie Jelle De Smet Jelle De Smet is mede-oprichter en technisch directeur van EYEco eyeco, een spin-off van UGent en imec die digitale brillen als oplossing voor ouderdomsverziendheid ontwikkelt. Tijdens zijn doctoraat als burgerlijk ingenieur op imec/ugent ontwikkelde hij een methode om LCD-technologie in contactlenzen te integreren. De resultaten hiervan kwamen wereldwijd in de media aan bod en leidden tot uitnodigingen als spreker op internationale conferenties en het voormalig Google X lab (nu X). Voor zijn werk werd hij in 2013 tevens genomineerd voor de Eos Pipet, een prijs voor de meest beloftevolle jonge onderzoekers in Vlaanderen. In 2017 werd hij ook geselecteerd als MIT Innovator Under 35 Belgium. Hij is mede-uitvinder van de basistechnologie die door EYEco eyeco vermarkt zal worden. Biografie Paul Marchal Paul Marchal, CEO en co-founder van EYEco eyeco. Paul startte zijn loopbaan op imec in België, waar hij 16 jaar werkte. Hij lag samen met enkele enthousiaste collega s aan de basis van imec s programma over 3D ICs, een technologie die vandaag gebruikt wordt in de meest geavanceerde datacenters. Tijdens deze periode ondersteunde Paul imec s partners met het evalueren van en ontwerpen in deze technologie. Vervolgens werd hij verantwoordelijk voor het ontwikkelen van nieuwe R&D projecten samen met Amerikaanse firma s en slaagde hij erin om zowel start- ups als ook grote technologiebedrijven aan te trekken. Paul is doctor in electrical engineering afgestudeerd aan de Katholieke Universiteit van Leuven. 39/64

40 Editie september 2017 Flexible electronics, Sensor solutions for IoT, Wearables Flexibele elektronica gaat schitterende toekomst tegemoet! Welke zijn de belangrijkste uitdagingen waar flexibele elektronica mee te kampen heeft? En waarvoor zullen we het gebruiken? Intro Het ziet ernaar uit dat de volgende vijf jaar de boeiendste ooit worden voor flexibele elektronica. Maar dan moeten we er wel in slagen om alle mogelijkheden die de technologie biedt volop te benutten en alle resterende obstakels uit de weg te ruimen. Uit de laboratoria klinken alvast hoopvolle geluiden: we boeken snel vooruitgang, in de juiste richting. 40/64

41 Kris Myny, een senior onderzoeker op het vlak van flexibele elektronica, vertelt wat volgens hem de belangrijkste uitdagingen zijn in zijn onderzoeksdomein en voor welke toepassingen het zal gebruikt worden. "Flexibele elektronica wordt gemaakt door laagjes van geschikte materialen aan te brengen op een flexibel substraat." "In vergelijking met traditionele siliciumchips zijn hiervoor minder processtappen nodig en is een veel lagere productietemperatuur mogelijk." Flexibele elektronica zou daardoor aanzienlijk goedkoper te produceren zijn dan de hedendaagse elektronica, zo luidt de verwachting. Bovendien zijn toepassingen rechtstreeks in vrijwel elk materiaal en op elk formaat te integreren. Als dit allemaal lukt, staan we op de drempel van een nieuwe revolutie, want dan kunnen we elk denkbaar object slim maken. De belangrijkste uitdaging die ons nu wacht, is onze ontluikende technologie opschalen, krachtiger én tegelijk energie-efficiënter maken. Wij weten dat dit theoretisch mogelijk is, maar in de praktijk hebben we nog heel wat geduldig zoekwerk voor de boeg. Dit is wat we hopen te bereiken: Kleinere transistoren en circuits met een grotere dichtheid. In vergelijking met de siliciumchiptechnologie hebben wij tot nu toe nog maar enkele circuits met maximaal een paar duizend transistoren gedemonstreerd. Op het domein van de flexibele elektronica staan we nog maar aan het begin van de Wet van Moore en op termijn zou een densiteit van of zelfs transistoren per vierkante centimeter haalbaar moeten zijn, tegen een prijs van één eurocent. En dan wordt het interessant, want zo n dichtheid maakt krachtige, innovatieve applicaties mogelijk. Meer greep op het stroomverbruik. 41/64

42 Het beste materiaal waarover we momenteel beschikken, is een dunnefilm halfgeleider van het n- type, een materiaal met vrije elektronen dat daardoor ongehinderd elektrische stromen laat lopen. Maar in tegenstelling tot bij silicium CMOS-technologie hebben we nog geen vergelijkbaar p-type materiaal. Zo n p-type materiaal heeft net een tekort aan elektronen en zorgt daardoor voor een tegengewicht dat de elektronenstroom in digitale circuits kan stoppen. In onze flexibele circuits lopen er dus altijd stromen tussen de stroombron en de aarding, zelfs als het circuit niets nuttig doet. Met mijn onderzoek wil ik die lekstromen beperken, in eerste instantie met enkel n-type transistoren. Bij complexe circuits zou het mogelijk moeten zijn om zo het stroomverbruik met een factor 10 tot 100 te verminderen. De ontwikkeling van nieuwe productietechnieken en machines. Vooral schermproducenten kijken reikhalzend uit naar de grootschalige productie van flexibele elektronica. Hun machines zijn nu al in staat om flexibele circuits te produceren op micrometerschaal. Maar als wij de transistoren verder willen verkleinen en circuits met een grotere densiteit fabriceren, dan moeten wij op submicrometerschaal gaan werken. Dus moeten wij een nieuwe generatie machines en productielijnen ontwikkelen. Er is nog werk aan de winkel voor machinefabrikanten! En hoe zit het met de toepassingen? De volgende drie zou ik graag mee helpen ontwikkelen: Displays met hoge resolutie voor plooibare, oprolbare oppervlakken, brillen of misschien zelfs contactlenzen. Voor hoogwaardige virtual reality, bijvoorbeeld, zijn kleine, dicht bij elkaar gelegen pixels nodig, een grootteorde kleiner dan wij momenteel kunnen produceren. Wearables of pleisters die wij op onze huid kleven om onze lichaamsparameters te meten, bijvoorbeeld voor continue monitoring van wondheling, zonder dat de patiënt er iets van merkt. Op langere termijn kunnen we zo mogelijk zelfs smartwatches vervangen. Tags met opslagcapaciteit, sensoren en dataverwerking. Stel je voor dat we tags zouden kunnen ontwerpen om de kwaliteit van voedsel te testen, bijvoorbeeld door ze op appels te kleven, op kaas of op een melkkarton. Zo n tag heeft een sensor nodig, liefst met de mogelijkheid om meerdere parameters te meten en misschien ook met enige chemische verwerking. En natuurlijk ook dataverwerkingscircuits en een batterijtje om analyses uit te voeren als de tag niet in het bereik van een antenne is. Is dit het begin van het Internet-of-Things op itemniveau? "Veel van deze zaken zijn nu al mogelijk met siliciumchips en het lijkt nog een verre droom om even gesofisticeerde flexibele elektronica te maken. Maar als we de densiteit kunnen opvoeren tot het niveau waarvan ik hoop dat het mogelijk is en als wij een Wet van Moore van de flexibele elektronica kunnen in gang zetten, dan wordt deze droom ooit werkelijkheid." 42/64

43 Biografie Kris Myny Kris Myny behaalde zijn master ingenieurswetenschappen elektronica aan de Katholieke Hogeschool Limburg in In 2004 werd hij deel van imecs onderzoeksteam en begon hij te werken aan de ontwikkeling van robuuste plastic elektronica. In 2013 doctoreerde hij aan de KU Leuven. Intussen is hij senior onderzoeker bij imec en gespecialiseerd in circuit design voor flexibele dunnefilmtransistor-circuits. Hij publiceerde en presenteerde zijn werk in verschillende internationale tijdschriften en op conferenties en komt regelmatig in het nieuws. Hij werd opgenomen in de lijst van 50 Belgische top tech-pioniers van De Tijd. Vorig jaar ontving hij de prestigieuze ERC Starting Grant van de Europese Commissie waardoor hij zijn baanbrekende onderzoek naar dunnefilmtransistor-circuits kan verderzetten. 43/64

44 Editie september 2017 General, Wearables, Semiconductor technology & processing Voorwoord september 2017 Elke maand blikt onze CEO terug op gebeurtenissen uit zijn (professionele) leven en beschrijft enkele van de onderwerpen die die maand aan bod komen in imec magazine. Een vleugje Magic In juli breng ik steevast een bezoekje aan San Francisco, voor het Semicon West congres en een dagje eerder de USA-editie van ons imec technologieforum. Tijdens ITF USA presenteerden verschillende imec-collega s de laatste stand van zaken in hun onderzoeksdomein, gaande van geheugentechnologie tot machine learning. Een van de sprekers was Zsolt Tokei, onze expert in interconnect-technologie. Hij beantwoordde de vraag Hoe lossen we de signaalvertraging in de chipbedrading op?, waar we trouwens ook een artikel aan wijden in dit imec magazine. Ook An Steegen behoorde tot de sprekers. In haar presentatie Nanotechnology creating magic toont ze hoe elektronica aan de basis ligt van onze samenleving: het laat ons toe om complexe berekeningen te maken, hopen data op te slaan, alles en iedereen te verbinden met elkaar, te voelen wat er rondom ons gebeurt enz. Een heel specifiek stukje nanotechnology magic is zeker de verticale nanodraad-transistor die ook aan bod kwam in Ans presentatie en in dit magazine. Met deze unieke transistorstructuur kunnen we heel kleine, krachtige en betrouwbare geheugenchips maken. Een belangrijke doorbraak als je ziet hoe we meer en meer data opslaan en gebruiken. Let wel, het wordt wellicht niet de algemeen gebruikte transistorarchitectuur van de toekomst omdat we het hybride tijdperk ingaan. 44/64

45 "Voor één systeem zullen waarschijnlijk verschillende soorten transistoren gebruikt worden, telkens degene die het beste geschikt is voor een specifieke functie op de chip." Maar terug naar San Francisco, een prachtige stad met mooie architectuur en musea. Een heerlijke stad ook om in rond te dwalen. Mijn gezin dat me graag vergezelt op deze trip slaagde er zelfs in om 36km af te leggen, op één dag. Ik moet wel toegeven dat we een echte wandelfamilie zijn en sinds de komst van de smartwatches kwantificeren we ook graag onze prestaties. Smartwatches en fitness trackers werken motiverend. Zelf check ik er mijn stappen en slaap mee, en misschien een minder goede gewoonte ook mijn s en sms-berichten. Maar hier op imec zijn we al bezig aan the next big thing. "In de toekomst moeten we geen smartwatches of fitness trackers meer dragen om onze gezondheid te checken, maar moeten we gewoon in de zetel gaan liggen." Hoe dat werkt, ontdek je in het artikel van Chris Van Hoof en Tom Torfs. En terwijl je in de zetel ligt (voor je gezondheidscheck natuurlijk) kijk je misschien ook eventjes tv. Kans bestaat dat je dan imec-technologie tegenkomt. Ken je Spott? Via deze app krijgen tvprogramma s een extra dimensie. Je kan te weten komen waar de kledij van je favoriet tv-personage te koop is, en lijkt me interessanter met welk topmateriaal de Topchef kookt. Van nanodraadtransistor tot tv-app, we brengen je weeral een brede waaier aan onderwerpen in dit magazine. Veel leesplezier! Luc Van den hove, Algemeen directeur en CEO imec 45/64

46 Editie september 2017 Smart Health, Wearables Het is een illusie te denken dat iedereen zijn of haar gezondheid wil tracken Wat zijn de lessen die we kunnen trekken uit de grootschalige enquête die imec* uitvoerde in verband met het gebruik van gezondheids-apps en -wearabes? * imec - SMIT - VUB, imec - mict - UGent en imec.livinglabs Intro De markt van gezondheidsapps en -trackers boomt. Vorig jaar alleen al werden wereldwijd meer dan 3 miljard gezondheidsapps gedownload. Er wordt veel geschreven over nieuwe technologie die deze tools nog beter zal maken. Van sensoren voor het genereren van data tot algoritmes voor de interpretatie ervan. Maar hoe gaan wij, mensen, hier mee om? Dat was het onderwerp van een grootschalige enquête die de onderzoeksgroep imec - SMIT - VUB samen met het imec.livinglabsteam uitvoerde. 46/64

47 An Jacobs, sociologe bij imec - SMIT - VUB, en Lynn Coorevits, psychologe bij imec - mict - UGent vertellen over de resultaten uit deze enquête, en wat bedrijven en onderzoekers hieruit kunnen leren. Het begin van een maatschappelijke transformatie Voor de tweede keer organiseerden An Jacobs en haar collega s van imec.livinglabs een grootschalige online enquête over het gebruik van gezondheidsapps en wearables. Omdat we aan het begin staan van deze technologische transformatie is het, ook voor sociologen, heel interessant om op te volgen. Het gaat immers om een maatschappelijke verandering waaruit je veel kan leren. Door deze enquête elk jaar uit te voeren, krijg je een interessante dataset en kan je de evolutie jaar na jaar opvolgen. Dit is zowel voor sociologen waardevol als voor bedrijven en onderzoekers die gezondheidsapps en wearables ontwikkelen. Uit de resultaten van de enquête leren we bijvoorbeeld waarom mensen deze tools gebruiken en zeker zo belangrijk waarom ze ermee stoppen. Op die manier kunnen bedrijven inspelen op de noden en frustraties van hun gebruikers en zo veel mogelijk mensen aan het tracken krijgen. Er namen 1297 mensen deel aan de enquête (49% mannen, 51% vrouwen). Het gaat steeds om mensen die reeds online actief zijn en die representatief zijn voor de Vlaamse bevolking op het vlak van leeftijd, opleiding en sociaaleconomische status. Past mijn jeansbroek nog? Uit de enquête blijkt dat 96% van de ondervraagden data bijhoudt over zijn of haar gezondheid. Dat kan gaan over de dagelijkse beweging, het slaappatroon, het gewicht of hartslag. Opvallend is wel dat slechts 32% hiervoor gezondheidsapps of wearables gebruikt. Bijna de helft van de ondervraagden houdt info over zijn gezondheid bij in het hoofd. Vaak kennen ze hun gemiddelde gewicht of bloeddruk en weten ze of ze goed of slecht slapen, maar niet iedereen heeft de behoefte om dit nauwgezet bij te houden. Het Amerikaanse PEW Institute deed een paar jaar geleden een gelijkaardige enquête en daaruit kwam bijvoorbeeld naar voren dat veel mensen hun gewicht in het oog houden door het al dan niet goed passen van hun jeansbroek. Eigenlijk zou technologie voor het monitoren van gezondheid even intuïtief moeten zijn. De meeste mensen zijn immers niet bereid om dagelijks een app te openen of data in te voeren. 47/64

48 We zijn allemaal geïnteresseerd in onze gezondheid, maar houden die data op verschillende manieren bij. Enkel voor sportieve types?! GoogleFit, WeightWatchers, Runkeeper, het zijn maar enkele voorbeelden van gezondheidsapps. Jacobs persoonlijke favoriet is Headspace, een mooie en eenvoudige app voor meditatie. Ongeveer een derde van de ondervraagden heeft ooit een gezondheidsapp gedownload en geopend, voornamelijk bij het sporten. Degenen die zulke apps blijven gebruiken (79%) doen dit vooral omdat de continue metingen hen inzicht verschaffen in hun fitheid en gewoontes. 48/64

49 Maar er zijn er ook veel die afhaken (21%), en dat vooral door technische problemen met de app, het hoge batterijverbruik, het feit dat het te veel moeite vraagt (te veel data moeten manueel worden ingegeven) en uit angst voor het verspreiden van persoonsgegevens. De mensen die nooit een gezondheidsapp gebruiken, geven aan dat ze niet van het sportieve type zijn en het dus niets voor hen is. Er bestaat dus nog te veel de misvatting dat deze apps enkel nuttig zijn voor de sportiefste onder ons, terwijl het net de niet-sportieve types zijn die het meeste baat zouden hebben bij deze gezondheidsapps. En dan zijn er nog wearables zoals de Fitbit, Apple Watch, Garmin Vivomove enz. Rond de pols van Jacobs vind je regelmatig een andere wearable: ze test graag verschillende soorten wearables uit. Momenteel draagt ze er eentje van Withings (onlangs overgenomen door Nokia). Het lijkt op een klassiek horloge, maar meet hartslag en slaappatroon. Uit de enquête blijkt dat een derde van de deelnemers een of meerdere wearables bezit. De anderen vinden een wearable te duur of enkel iets voor sportieve types. 49/64

50 De gezondheids-trackers 32% gebruikt dus een gezondheidsapp en/of -wearable. Maar wat voor soort mensen zijn dit? Zijn het inderdaad allemaal superatleten of toch niet? Via clusteranalyse hebben de onderzoekers drie profielen kunnen definiëren. Een eerste groep werd aangeduid als de nonchalante nieuwsgierige tracker. Deze persoon (m/v) werkt voltijds en is niet zo sportief. Hij schafte zich een app of wearable aan uit nieuwsgierigheid maar raakt er niet echt door gemotiveerd om gezonder te gaan leven. Het tweede type gebruiker is de bezorgde gemotiveerde tracker. Deze persoon (m/v) werkt ook voltijds en heeft meestal een zittend beroep. Hij vindt het interessant om data digitaal bij te houden, maar is bezorgd over zijn privacy. De derde groep, de publieke omnivoor tracker, is sportief en gebruikt graag verschillende wearables en apps om sportieve prestaties te tracken. Hij deelt zijn of haar prestaties ook graag via sociale media. 50/64

51 De drie soorten trackers: de nonchalante, de bezorgde en de omnivoor. De niet-gezondheidstrackers Maar laten we duidelijk zijn: er zijn ook veel mensen die geen apps of wearables gebruiken, of die snel afhaken. Uit de enquête blijkt dat daar een aantal redenen voor zijn: de tool is te duur, er zijn te veel technische problemen, er zijn te veel manuele handelingen nodig, de batterij van de smartphone of wearable loopt te snel leeg, het is lastig om je smartphone of wearable altijd bij je te moeten dragen enz. Ook gaan de meeste tools ervan uit dat mensen zich doelen willen stellen 5kg afvallen, stappen per dag zetten, minimum 8u slapen maar dat is niet zo. Want als je doelen stelt, kan je ook falen en velen zijn bang voor die teleurstelling. Sommigen hebben het ook gewoon te druk om zich doelen te stellen, of willen gewoon plezier maken en niet continu hoeven te denken aan hun doelen. De apps en wearables van vandaag werden enkel ontwikkeld voor mensen die doelen kunnen formuleren, en zich daar goed bij voelen. Er is dus zeker een opportuniteit om tools te maken voor de groep die zich daar niet zo comfortabel bij voelt. Net als bij de vorige bevraging wil bijna de helft van de gebruikers van een health app (47%) de informatie liever niet delen. 51/64

52 Van onze drie types trackers is het de bezorgde gemotiveerde tracker die zich voornamelijk zorgen maakt over de data die gezondheidsapps en wearables verzamelen en de mate waarin deze zijn privacy kunnen schenden. Daarom is hij ook minder bereid zijn data te delen met derden (55% wil data niet delen) in vergelijking met de publieke omnivoor tracker (39% wil data niet delen). Hij heeft ook twijfels over de mate waarin de data door derden (zoals artsen) serieus wordt genomen (40%) als een manier van opvolging. Lessen voor de ontwikkelaars van apps en wearables Uit de resultaten van de enquête, en uit de inzichten die sociologen zoals An Jacobs hieruit verzamelen, kunnen bedrijven en onderzoekers veel leren over de ontwikkeling van apps en wearables. Logische aanbevelingen zijn het optimaliseren van het batterijverbruik en de gebruikerservaring, en het verlagen van de prijs, maar er zijn ook andere veranderingen nodig. Een van de problemen met huidige apps en wearables is dat ze te culpabiliserend zijn. Niets erger dan een tool die je meermaals aanmaant om te bewegen terwijl je ziek in bed ligt. Er is dus nood aan apps en wearables die meer vergevingsgezind zijn, en/of die door extra context te verzamelen beter begrijpen wat er met je aan de hand is. Dit laatste houdt verband met het personaliseren van apps en wearables. Is het überhaupt een goed idee dat de tool zijn eigenaar steeds beter leert kennen om hem zo beter van dienst te kunnen zijn? Jacobs geeft aan dat we hiermee voorzichtig moeten zijn. Sommige mensen zullen dit immers ervaren als iets griezeligs en te confronterend. Het is beter om de controle aan de gebruiker te laten en hem het niveau van personalisatie te laten bepalen. Als de app of wearable aangenamer en doeltreffender wordt door meer personalisatie, zal dit door de gebruiker worden aanvaard. Imecs onderzoeksprogramma imec.ichange wil zich precies richten op deze personalisatie: dankzij slimme algoritmes en het verzamelen van contextuele informatie worden wearables en de bijhorende apps veel aangenamer in gebruik en veel doeltreffender. Uit de enquête blijkt verder ook dat mensen hun smartphone of wearable niet altijd willen dragen. Daarom is het een goed idee om sensoren te integreren in slim textiel of juwelen. Integreer een hartslagmeter in een mooi onderhemd of bh, of een stappenteller in een mooie ring, en je zal veel meer mensen meekrijgen. Bv. bij de fitbit-wearables zie je de focus nu al verschuiven naar mooiere armbanden waardoor die eerder als een juweel kan worden gedragen dan een tool voor de sportiefsten onder ons. 52/64

53 Maar dan nog moeten de bedrijven en onderzoekers er rekening mee houden dat er niet continu zal worden getracked. s Nachts leggen veel mensen hun wearable aan de kant. Het is dus belangrijk om algoritmes te ontwikkelen die rekening houden met deze hiaten en toch in staat zijn de juiste conclusies te trekken. Je kan er bijvoorbeeld aan denken om data van verschillende bronnen te combineren en zo de hiaten op te vullen. Een ander probleem bij wearables is het opladen. Niet iedereen denkt er tijdig aan om zijn wearable aan de laptop of het stopcontact te hangen. Ook dat kan beter. Je hebt al salontafeltjes waarop je je smartphone draadloos kan laden via een magnetisch veld, misschien kan zoiets ook voor wearables? Jacobs verwijst hierbij naar het imec.icon project WONDER in woonzorgcentra waarbij ze de bewoners laten kennismaken met een robot. De robot moet elke bewoner kunnen identificeren en dit willen de onderzoekers doen door een tag in de schoenen van de bewoners te integreren. Het opladen van deze tag zou kunnen door inductief laden op een schoenmat. Meestal heeft iedereen immers wel een vaste plaats om de schoenen te zetten. Zo intuïtief moet het gebruik (en opladen) van technologie worden. Op doktersvoorschrift Zeventig procent van de ondervraagden zou een gezondheidsapp of -wearable gebruiken indien die werd voorgeschreven door de arts. Maar slechts 2% van de ondervraagden gebruikt nu al een app of wearable op aanraden van zijn arts. 53/64

54 Het grote probleem is dat artsen niet weten welke apps/wearables betrouwbaar zijn. Er is een wildgroei aan producten en die zouden gecertifieerd moeten worden zodat artsen weten welke te gebruiken. In Engeland kent de National Health Service betrouwbare gezondheidsapps een label toe, en in de VS maken privéziekenhuizen en ziekteverzekeringen reeds gebruik van bepaalde wearables waar ze een meerwaarde in zien. Ook in Vlaanderen is men ermee bezig, maar voorlopig is hier nog geen label of certificering. Dit is geen gemakkelijke uitdaging omdat gezondheidsapps niet op dezelfde manier kunnen worden gecertificeerd als medische apparatuur. Apps worden immers continu geüpdatet en ze kunnen niet elke keer opnieuw de procedure voor certificering doorlopen. Maar zelfs als de apps en wearables worden voorgeschreven door artsen, zal nog niet iedereen ze gebruiken volgens Jacobs. Kijk maar naar de problemen die er vandaag zijn met het vergeten in te nemen van medicatie. Daarom moet bij het ontwerpen van een gezondheidsapp rekening gehouden worden met de redenen waarom mensen dit vergeten, en hen daarin ondersteunen. De toekomst Het is altijd moeilijk om te voorspellen hoe het gebruik van een bepaalde technologie zal evolueren. Jacobs hoopt dat er binnen 10 jaar gecertificeerde gezondheidsapps, -wearables, -kleding, -juwelen enz. zullen zijn die tot de standaard hulpmiddelen van een arts behoren. Het gebruik ervan en de interpretatie van de gegevens zal ook een onderdeel zijn van de medische opleidingen. Zo zullen meer en meer mensen de technologie gaan gebruiken en zal het hen bewust maken van hun gezondheid. En hopelijk wordt het geen dystopie en zullen gebruikers steeds controle blijven hebben over het gebruik van hun data en over het gebruik van artificiële intelligentie in deze producten. Ook op deze laatste domeinen is imec actief, onder de noemer van het imec.ichange programma. In dit onderzoeksprogramma brengt imec bedrijven en ziekenhuizen samen om een virtuele persoonlijke gezondheidscoach te ontwikkelen met als belangrijkste bouwblokken draagbare sensoren en data science. Zo kunnen nieuwe coaching technieken getest worden om iemands levensstijl actiever / gezonder te maken, stress te beheersen, roken af te leren, enz. Zo wil imec een steentje bijdragen aan preventieve gezondheidszorg en de ontwikkeling van chronische ziektes voorkomen. Meer weten? Je kan het volledige rapport met alle cijfers opvragen door een mail te sturen naar Meer info over het imec.icon project WONDER kan je vinden op deze website. Voor meer info over imec.livinglabs kan je terecht op de imec-website of bij Tim.Rootsaert@im ec.be Meer info over het imec.ichange-onderzoeksprogramma kan je lezen in dit artikel of je kan ook terecht bij Chris Van Hoof (Chris.Vanhoof@imec.be). 54/64

55 Biografie An Jacobs An Jacobs is sinds 2005 verbonden aan de onderzoeksgroep imec - SMIT - VUB. In 2005 verdedigde ze aan de Universiteit Gent haar doctoraat, dat handelde over toepasbaarheid van sociologie in de productontwikkeling van consumptiegoederen. Ze is ook medeoprichter van het interdisciplinair centrum BruBotics aan de VUB. Haar wetenschappelijk onderzoek binnen de onderzoeksgroep imec - SMIT - VUB richt zich vooral op de ontwikkeling van innovatieve toepassingen in de gezondheidszorg (coördinatie, communicatie, monitoring, beleving). Hierbij staan thema s zoals user empowerment in context-aware omgevingen centraal (independent living, ). Daarnaast zet ze in op de verdere ontwikkeling van interdisciplinaire onderzoeksmethoden en - instrumenten (inclusief de proeftuinmethodologie). 55/64

56 Biografie Lynn Coorevits Lynn Coorevits holds master s degrees in Organisational Psychology (2007) and in Marketing Analysis (2008) from Ghent University. For nearly 5 years she worked as an innovation consultant in the private industry. When joining mict in January 2013 she mainly worked on several SME Living Lab projects ranging from the financial to the social industry. Since January 2017 she is involved in research projects that include the Internet of Things such as City of Things initiative in Antwerp. Her main research interests are in the domain of user experience research and more specifically the optimization of tools and techniques for contextual inquiry via sensors and design thinking. 56/64

57 Editie september 2017 Heterogeneous integration, Photovoltaics, General, Work at imec, Wearables, Smart Energy, Smart Health De 5 highlights van de zomer Het leven is zo druk! Dus misschien heb je niet altijd de tijd om het nieuws en de doorbraken van imec op de voet te volgen. Op deze pagina vind je een kort overzicht van wat imec de voorbije maanden realiseerde. Imec in de prijzen op SEMICON West In juli viel imec op SEMICON West twee keer in de prijzen. Voor ons werk op het vlak van 3D-chips ontvingen we de 3D Incites Award voor beste onderzoekscentrum. Daarnaast mochten onze onderzoekers ook de Beste ATE Paper Award in ontvangst nemen voor de paper Test-Station for Flexible Semi-Automatic Wafer-Level Silicon Photonics Testing, geschreven in samenwerking met Cascade Microtech (nu Formfactor, Inc). In deze paper beschrijven de onderzoekers een nieuw systeem om 300mm wafers met siliciumfotonica-componenten te testen Lees hier meer over deze paper en de ATE Paper Award. Record voor perovskiet/silicium-zonnecellen: 23,9% omzettingsefficientie In 2016 presenteerde imec al de eerste semi-transparante perovskietmodule gebouwd op een ibc c- Si zonnecel in een 4-terminal tandem-configuratie. Nu zijn onze onderzoekers erin geslaagd om deze technologie nog verder te verbeteren met als resultaat een record omzettingsefficiëntie van 23,9% voor modules van 4cm2. Om dit te verwezenlijken gebruikten ze een ander soort semitransparant perovskietmateriaal (CsFAPbIBr) waardoor de omzettingsefficiëntie en de stabiliteit van de pervoskietmodule verbeterde. Daarnaast optimaliseerden ze ook de architectuur van de perovskiet/silicium-module om het optische verlies te beperken. Klik hier om meer te lezen. 57/64

58 België is fenomenaal dankzij imec! Recent lanceerde de Belgische federale overheid een campagne die 99 redenen geeft waarom België fenomenaal is. Nummer 90 sprak onmiddellijk tot onze verbeelding: dankzij imec zijn de Belgen pioniers in nanotechnologie! Een vermelding om trots op te zijn, vinden wij. Klik hier als je benieuwd bent naar de andere 98 redenen waarom België uniek fenomenaal is. Vlaams minister Philip Muyters neemt deel aan imecs stressonderzoek Philippe Muyters, Vlaams minister voor Werk, Economie, Innovatie en Sport, werkte in juli vijf dagen lang mee aan een stressonderzoek bij imec. Gedurende die periode droeg hij speciale draagbare sensoren één aan de pols en één op de borst die zijn hartslag en temperatuur opvolgden. Zijn data wordt (anoniem) gebruikt in een grootschalig onderzoek met 1000 deelnemers dat de verschillende oorzaken van stress in kaart wil brengen om stress zo beheersbaarder te maken. Bekijk het filmpje hier. Imec als topwerkgever voor internationaal talent Imec verscheen recent in het VRT journaal in het kader van een onderzoek uitgevoerd door het uitzendbureau Randstad. Uit dit onderzoek bleek dat België 1 miljoen nieuwe hooggeschoolde werknemers zal nodig hebben tegen Die zullen deels uit het buitenland moeten komen en daarom is het belangrijk om ons land aantrekkelijker te maken voor buitenlanders, o.a. door expats na aankomst beter te ondersteunen en te begeleiden bij hun integratie in de samenleving. Bij imec, waar 60% van de werknemers expats zijn met meer dan 70 verschillende nationaliteiten, wordt al langer aandacht besteed aan het ondersteunen van buitenlandse werknemers en hun gezin. Zo werd in 2013 de Internationale School van Leuven (ISL) opgericht in samenwerking met KU Leuven, Stad Leuven en VIB. Imec begeleidt internationale medewerkers op een heel aantal vlakken, o.a. door praktische hulp te bieden bij het zoeken naar een woning of door de partner te ondersteunen bij het vinden van een job. Daarnaast bieden we ook algemene ondersteuning bij integratie in de gemeenschap, o.a. door lessen Nederlands aan te bieden op imec. Zin om deel uit te maken van ons internationale team? Wij zijn altijd op zoek naar nieuw talent. Bekijk onze vacatures hier. 58/64

59 Editie september 2017 imec.livinglabs De Spott-app blaast tvreclame nieuw leven in De start-up Spott brengt een oplossing op de markt die product placement naar het volgende niveau tilt: met slechts enkele kliks heb je de producten die je op tv ziet in huis. Het bedrijf ging met imec in zee om het idee uitgebreid te testen en te optimaliseren. Intro Uit het meest recente imec.digimeter-onderzoek (2016) blijkt dat televisie nog steeds het populairste videomedium is: 78% van de Vlamingen kijkt dagelijks televisie. Toch is ons kijkgedrag de afgelopen jaren grondig veranderd. We kijken steeds vaker uitgesteld, waarbij reclameblokken meestal worden doorgespoeld. Bovendien zitten we ook minder aan het klassieke tv-scherm gekluisterd; 70% gebruikt tijdens het tv-kijken ook een laptop, tablet of smartphone. Vaak speelt de tv enkel op de achtergrond. Reclamespots worden hierdoor steeds minder efficiënt. Bijgevolg wijken reclamemakers uit naar nieuwe, meer gepersonaliseerde media, zoals Facebook, Twitter en YouTube. Voor tv-zenders - die rekenen op reclame-inkomsten is dit op het eerste zicht slecht nieuws, maar volgens de makers van de Spott-app is het een opportuniteit om een oplossing op de markt te brengen die product placement naar het volgende niveau tilt: met slechts enkele kliks heb je de producten die je op tv ziet in huis. Spott het bedrijf heette vroeger Appiness - ging met imec in zee om het idee uitgebreid te testen en te optimaliseren. 59/64

60 Spott. Watch. Click. Discover. Spott speelt in op ons multitasking gedrag tijdens het tv-kijken en gebruikt een smartphone app om tv-reclame nieuw leven in te blazen. De Spott-app detecteert op basis van audio-input automatisch welk programma en welke aflevering je aan het bekijken bent. Vervolgens zie je op je smartphone een screenshot van je tv-scherm met daaronder een overzicht van de producten die op dat moment in beeld zijn. Het kleedje van Julia in Thuis, de blender van Jeroen Meus, het salontafeltje in Met Vier in Bed, het kan allemaal Met slechts één klik op het product kom je in een webshop terecht. Nog een klik later en je hebt het product besteld. Het is een reclamevorm die het ijzer smeedt wanneer het heet is en de kijker moeiteloos op sleeptouw neemt van inspiratie naar aankoop. Op je smartphone zie je een overzicht van de producten uit het televisieprogramma. 60/64

61 De voorwaarde is wel dat het programma op voorhand door Spott geanalyseerd werd. Op dit moment hebben ze al een heel aantal Belgische programma s afgevinkt op hun lijstje, o.a. Dagelijkse Kost, Thuis, Familie, Met Vier in Bed, de Keuken van Sofie, Les Reines du Shopping, enz. Door hun tvprogramma s op deze manier interactief te maken, kunnen de zenders makkelijker potentiële adverteerders aantrekken. Maar daarnaast creëeren ze ook een completere kijkervaring. Onderzoek van het imec.livinglabs team toonde aan dat Spott de betrokkenheid van bepaalde kijkers verhoogt. Ze gebruiken de app niet alleen als efficiënte aankooptool, maar ook als inspiratiebron. Door te weten wat hun favoriete personage draagt, voelen die kijkers zich meer verbonden met dat personage en met het programma. Spott biedt deze dienst niet alleen aan onder de noemer Spott, maar ook onder een white label waarbij de zenders de interface zelf in een specifiek jasje kunnen steken. En niet alleen tv-zenders zijn mogelijke klanten van Spott. De start-up mikt ook rechtstreeks op adverteerders voor het interactief maken van hun reclamespots. Denk bijvoorbeeld aan een reclamespotje van JBC dat je in één klik meeneemt naar de webshop. Of een reclamefilmpje van Peugeot waarbij je met één klik een testrit kan boeken. Met andere woorden: Spott biedt consumenten het product op een gouden schoteltje aan. Tenslotte bezorgt de Spott-app adverteerders een aantal extra inzichten: ze krijgen een overzicht van het aantal kijkers, het aantal mensen dat verder klikte, welke producten het meest populair waren, enz. Op die manier kunnen ze dus het brede bereik van televisie combineren met de meetbaarheid van internetreclame. Samen aan de startlijn: het belang van gezamenlijke innovatietrajecten De makers van Spott zijn niet over één nacht ijs gegaan. Voor ze overgingen tot het ontwikkelen van de app, dienden ze samen met imec en de UGent bij het Vlaams Agentschap Innoveren & Ondernemen een O&O-dossier in en kregen ze euro om hun project op poten te zetten. 61/64

62 Met een deel van dit budget ontwikkelden onderzoekers van imec - IDLab - UGent de temporal slicing technologie met optimale keyframe selectie. Deze technologie was essentieel om Spott te doen slagen als onderneming. Immers, om winstgevend te zijn, mag het interactief maken van een minuut video maximum 4 minuten in beslag nemen. Maar aangezien 15 minuten video standaard uit beelden bestaat, is dit niet evident. Dankzij de temporal slicing technologie van imec - UGent kan videomateriaal echter aanzienlijk gesimplifieerd worden waardoor er maar 300 beelden per kwartier overblijven. Bovendien worden de frames geselecteerd waarin de producten het duidelijkst in beeld gebracht worden zodat Spott die ook optimaal kan presenteren aan gebruikers. Deze 300 beelden worden dan met behulp van verschillende algoritmes gescreend om zo een tijdslijn te creëren die aan de video gelinkt wordt. Maar niet enkel het technologische luik was belangrijk. De ontwikkelaars wilden ook zeker zijn dat er een markt was voor hun app, zowel bij de eindconsument als bij de tv-zenders. Met imec.livinglabs werd daarom een test- en co-creatietraject van 18 maanden opgezet waarbij zowel consumenten als de media-industrie (Medialaan en VRT) betrokken werden. Zo kon worden getest of mensen dit een interessante app vinden, of ze die app zouden gebruiken en zo ja, voor welke programma s. De verschillende eigenschappen van de app werden geanlyseerd en gelinkt aan bepaalde kijkersprofielen. Ook het effect op de TV-beleving (verhoogde betrokkenheid) werd geanalyseerd. In een tweede fase werd de app getest bij een 300-tal consumenten via zowel kwalitatief als kwantitatief (via vragenlijsten) onderzoek. In een laatste fase volgde dan een open test, waarbij de app in augustus 2015 gelanceerd werd. Het doel was om te starten met de rekrutering van consumenten en ondertussen het aanbod van interactieve video s verder uit te bouwen. Maar door een perslek ging de bal ineens heel wat sneller aan het rollen. De Spott-app belandde op de voorpagina van Het Laatste Nieuws en in een mum van tijd hadden gebruikers de app gedownload. Deze video geeft meer informatie over de ontwikkeling van Spott in samenwerking met imec (vroeger iminds). Klik per klik de wereld veroveren De missie van Spott is om binnen België de referentie te worden voor interactieve video. Momenteel zijn ze druk bezig om hun video-aanbod uit te breiden en de samenwerking met het Vlaamse medialandschap te versterken. Op de Vlaamse televisie wordt momenteel dagelijks ongeveer vier en een half uur video aangeboden die Spott onder handen heeft genomen. "Ondertussen werd de app al keer gedownload en zijn er actieve gebruikers per maand. Samen zijn deze gebruikers goed voor productkliks per maand en virtuele winkelmandjes." 62/64

63 Spott richt zijn pijlen nu ook op de internationale markt. Hun hoofdkantoor is in Aalst, maar hun 24 medewerkers zitten verspreid over kantoren in Londen, Rio, Sao Paulo en Lissabon. Ze bieden momenteel ook al interactieve tv-programma s aan in Bazilië en tegen begin 2018 ook in Portugal en Nederland. Daarnaast mikken ze voluit op online videocontent. De aanhouder wint Wanneer gevraagd welk advies hij andere jonge ondernemers zou geven, antwoordt Jonas De Cooman (oprichter en co-ceo van Spott) dat het vooral belangrijk is om in jezelf, je mensen en je concept te blijven geloven, ook bij tegenslagen. Net zoals bij de meeste start-ups, begon het bestaan van Spott immers met vallen en opstaan. Eind 2014 dienden Jonas De Cooman en Michel De Wachter (oprichter en CEO) een aanvraag in voor het imec.istart-programma dat tech start-ups ondersteunt bij het naar de markt brengen van hun idee of product, maar Spott haalde de selectie niet. Ze gaven niet op, namen de feedback ter harte en bereidden zich voor op een volgende ronde. Dit keer pakten ze het nog ambitieuzer aan en probeerden ze een imec.icon-project binnen te halen. Imec.icon is een formule voor coöperatief onderzoek met multidisciplinaire onderzoeksteams. Ook hier haalden ze de selectie niet. Maar enkele maanden later en een hoop ervaring rijker dienden ze, zoals eerder vermeld, samen met imec een O&O-project in waarbij ze bij het Vlaams Agentschap Innoveren & Ondernemen ruim euro financiering aanvroegen. Dit dossier werd wel aanvaard en vanaf dan kwam de ontwikkeling van de Spott-app in een stroomversnelling terecht. Ondertussen zet Spott de samenwerking met imec en imec - UGent (IDLab) verder, dit keer ook samen met onderzoekers van de KU Leuven. Ze dienden een subsidieaanvraag in om de efficiëntie van de video-analyse nog verder te verhogen naar een ratio van 2 op 1, wat wil zeggen dat ze slechts 2 minuten nodig zouden hebben om 1 minuut video interactief te maken. Voor Jonas De Cooman en Michel De Wachter is 2017 een topjaar. Op korte tijd ontvingen ze een heleboel awards. Ze kregen de gouden AMMA award (Annual Marketing and Media Award) als belangrijkste innovatie in het Vlaamse medialandschap in Daarnaast werden ze Onderneming van het Jaar (uitgereikt door het Aalstse Broeikas) én mochten ze de Start-up Award for Excellence van DataNews in ontvangst nemen. Op internationaal vlak behaalden ze een plaats in de Disrupt 100, een jaarlijkse lijst van disruptieve bedrijven met een potentieel grote marktimpact. Spott verdiende hier een plaatsje omdat de app het potentieel heeft om een deel van het reclamebudget van YouTube en Facebook af te snoepen en terug naar de (nationale) tv-zenders te brengen. 63/64

64 De bedenkers en oprichters van Spott: Michel De Wachter en Jonas De Cooman 64/64