Nanoeletronikprofessor: ”Sverige kan ge ledande bidrag till kommande halvledarteknologier”

I Lund finns världsledande forskning inom både kretsdesign, nya material och algoritmer som utnyttjar egenskaperna för halvledarkomponenter. Här finns dessutom en stark infrastruktur för både grundforskning och nya innovationer, tillsammans med ett nära samarbete med industrin. För LTH och Lunds universitet innebär det en möjlighet att vara en viktig del i ambitionen att göra Sverige till en nation i framkant när det gäller att ta fram nästa generations halvledarteknologier.

Jonas Andersson – Publicerad den 16 februari 2022

Lars-Erik Wernersson, professor i nanoeletronik, tycker att Sverige har goda möjligheter att bli ledande i forskning och utveckling för att ta fram framtidens halvledarteknologier. (Chippet är en illustration). Foto: Lunds universitet samt Mostphotos

Det anser Lars-Erik Wernersson, professor i nanoelektronik vid LTH, som ser stora möjligheter att utveckla ny halvledarteknik som gynnar svenska industriföretag och inte minst kan bidra till en grön omställning.

Under de senaste månaderna har nog många hört talas om bristen på halvledare, vilket skapat problem för många företag. Halvledare är en viktig del av all modern elektronik, och finns i de flesta datachip, som används i allt från mobiltelefoner och datorer till bilar och kylskåp. 

Debattartikel i Dagens Industri av Erik Renström och Heiner Linke om halvledare

Samtidigt finns en geopolitisk debatt, många av de mest avancerade datachippen tillverkas på ett fåtal platser i världen, bland annat i Taiwan, och många i både USA och Europa vill se att det finns tillverkning även på hemmaplan, för att säkra en stabil försörjning av komponenter.

– Jag tror att det är viktigt att det finns produktion i Europa, men tillverkningen behöver inte ligga i just Sverige. I stället är det viktigt att ha ett nära samarbete, både i Europa och globalt, för att kunna både utveckla och tillverka de bästa komponenterna, säger Lars-Erik Wernersson.

Kretsdesign en paradgren

Vid LTH finns mycket forskning som knyter an till halvledarteknologi, det gäller såväl kretsdesign som nya material och programmering av nya algoritmer som styr funktionen. Det handlar exempelvis om nya material i form av nanotrådar som tillverkas inom det så kallade III-V-området och ny kretsdesign som används i exempelvis framtida 6G-nät.

– Kretsdesign har länge varit en paradgren i Lund, inte minst inom mobiltelefoni och telekom, med bluetooth som det mest klassiska exemplet. Här finns också stark forskning på nya material, som alternativ och komplement till kisel som är vanligast i dag. Kombination och integration av olika teknologier blir allt mer viktig och heterogen integration är en möjlighet att tillföra funktioner som optoelektronik eller sensorer, utöver vanlig skalning av transistorer. Regionen är en internationell aktör och där är Lunds universitet navet i mitten.

– NanoLund är framgångsrika när det gäller nya material och funktioner och dessutom finns den allt starkare infrastrukturen på Brunnshög med anläggningar som Max IV och kommande ESS och ett större nanolabb. Kombinationen kretsdesign och nanokomponenter tillför en ny aspekt där Lund sticker ut, säger Lars-Erik Wernersson och lyfter fram det ekosystem som finns mellan universitetet och olika företag.

Världsledande infrastruktur

Fyra områden som är viktiga för att Sverige och Lund och LTH ska fortsätta att vara framgångsrika inom halvledarteknologi anser han vara:

  1. Utbildning – vikten av att se till att det finns tillräckligt många som läser till civilingenjörer och har tillgång till lärare med spetskompetens
  2. Världsledande infrastruktur och innovationsekoystem – som satsningarna på Brunnshög och Science Village, men också behov av nya laboratorier och testbäddar. Forskningen är navet i ett innovationsekosystem, där företag växer och nya uppstår.
  3. Ett aktivt europeiskt samarbete – här behöver Sverige vara en aktiv part i olika europeiska satsningar och samarbeten
  4. Svensk industri kan bli en vinnare i tider för grön omställning – det krävs avancerad teknik för att klara övergången.

Lars-Erik Wernersson säger att Europa ligger efter Asien när det gäller utveckling av teknik som behövs för exempelvis AI. Vi har  20nanometers-noder och siktar på 5 nanometer framöver. I Asien är man redan nere på 3 nanometer. 

– Sverige behöver vara en aktiv del i ett europeiskt samarbete. Skickligt programmerade algoritmer som styr är väldigt viktiga, men man kan inte bortse från betydelsen av hårdvara. Den som har den bästa hårdvaran vinner i slutändan, och här kan Sverige bidra till innovationer av nya material och system, säger han.

Stora möjligheter framöver

Här har LTH spelat en viktig roll i sitt långsiktiga arbete att utveckla nya halvledartekniker, även i tider då många tyckt att det varit ”onödigt” när man i stället kan köpa detta billigt från andra tillverkare.

– Nu ser vi konsekvenserna av det sättet att tänka, när industrier stannar på grund av komponentbrist. Men möjligheterna att Lunds universitet och Sverige kan vara ledande inom framtidens halvledarteknologier är stora, säger Lars-Erik Wernersson.

Framgångångsrika innovationer från Lund

Exempel på framgångsrika innovationer inom halvledarteknik från LTH tillsammans med företag:

  • Bluetooth
  • Acconeer AB (radarsensorer)
  • Hexagem (halvledare av galliumnitrid på kiselsubstrat för kraftelektronik)
  • Glo/Nanosys (lysdioder för bildskärmar)
  • Xenergic (energieffektiv minnesteknologi)
  • Beammwave AB (5G-antennteknologi)
  • NordAmps (millimetervågsfrekvens-transistorteknologi)
  • AlignedBio (vågledarteknologi med nanowire-plattformar för biosensorer)

Halvledare

Halvledare är material som kan styras, så att de antingen leder elektrisk ström eller inte gör det. Det gör att de kan användas som en sorts mycket små strömbrytare, kallade transistorer, inom bland annat datorteknik. Strömmen är av eller på, vilket motsvarar 0 och 1 i det binära talsystemet, det system som datorer använder. Transistorer är den viktigaste komponenten i all modern elektronik. Datachippen kan sägas vara ”hjärnan” i elektroniska produkter och system.

Lars-Erik Wernersson. Porträtt.

Lars-Erik Wernersson

Lars-Erik Wernersson är professor inom nanoelektronik. Han har bland annat fått ett ERC Advanced Grant för att forska inom integration av nya material i framtidens högpresterande och energisnåla transistorer och kretslösningar och leder ett EU-projekt för att utveckla kyld elektronik för kvantdatorer. Han är också med att utveckla en ny nanotrådstransistor med integrerad minneskrets.

Lars-Erik Wernerssons profil i Forskningsportalen

Nanometer-noder

Exempelvis processorer tillverkas på en processnod och när man kan göra dessa mindre medför det i de flesta fall att fler transistorer kan rymmas på samma yta som tidigare – något som kan bära med sig nya möjligheter för prestanda och energieffektivitet hos en krets. Detta sker på nanometernivå, där man i Europa arbetar med 10 nanometersnoder i dagsläget, men målet är att skapa allt mindre kretsar.

III-V teknikplattform

III-V syftar på material som finns inom grupp tre och fem i det periodiska systemet. Dessa karakteriseras av mycket goda transport- och optiska egenskaper