Forschung
Forschungsthemen
Die physische und die digitale Welt verbinden. Mit fortschrittlicher Halbleiter-Schaltungstechnik realisieren wir extrem energiesparende Schnittstellen, die schwache Signale hochpräzise erfassen. Der Entwurf von CMOS-Schaltungen bildet den Kern unserer Arbeit: Gemeinsam mit Forschungseinrichtungen im In- und Ausland kombinieren wir heterogene Chipintegration mit supraleitenden Bauelementen, Sensoren, MEMS und Photonik zu kompakten, leistungsfähigen und energiesparenden Schnittstellen.
Drei Forschungsprojekte
Quanten-klassische Schnittstelle
CMOS-Schaltungen für Tieftemperaturbetrieb (Cryo-CMOS)
Grundlage für Quantencomputer
Wir erforschen LSIs, die bei Flüssig-Helium-Temperatur (4,2 K) arbeiten und die winzigen Signale von Qubits auslesen. Ziel ist eine Schnittstelle zwischen Quanten- und klassischer Technik.
Konzeptübersicht: Quanten- und klassische Systeme verbinden
Cryo-CMOS-Schaltungen verarbeiten Steuer- und Auslesesignale zwischen klassischer Elektronik und einem Quantensystem. Steuersignale laufen zum Quantensystem, Auslesesignale zurück zur klassischen Elektronik.
Quantensystem
Auslesen → / ← Steuerung
Cryo-CMOS-Schnittstelle
Auslesen → / ← Steuerung
Klassische Elektronik
Vereinfachtes Funktionskonzept; es beschreibt weder eine Temperaturanordnung noch im Labor installierte Anlagen.
Quantum · Kryogen · CMOS
JST-Moonshot-Programm / JST-ASPIRE-Programm
Künstlicher Geruchssensor
Schaltungen und Signalverarbeitung für Gassensoren
Gerüche in Information verwandeln
Wir erfassen die winzigen Widerstandsänderungen, die Geruchsmoleküle in einem Sensor hervorrufen, schnell und präzise mit Schaltungen und Signalverarbeitung. Von der Ansteuerung des Sensorelements bis zu Messung und Analyse erforschen wir die Schaltungen und Systeme hinter dem künstlichen Geruchssinn.
Konzeptübersicht: vom Geruch zur Information
Geruchsmoleküle verändern den Sensorwiderstand. Eine Schaltung liest diese Änderung aus und gibt sie zur digitalen Analyse weiter. Die Pfeile zeigen den Ablauf von der molekularen Wechselwirkung zur Informationsverarbeitung.
Geruchsmoleküle
Wechselwirkung
Resistives Sensorarray
Elektrische Antwort
Ausleseschaltung
Digitales Signal
Verarbeitung und Analyse
Konzeptioneller Funktionsablauf; dargestellt werden weder ein konkreter Messaufbau noch Analyseergebnisse oder Erkennungsleistungen.
Geruchssinn · Sensor · Signalverarbeitung
JST CREST
Medizinischer Mikrosensor-Chip
Drahtlose Energie- und Datenübertragung per Ultraschall
Messwerte aus dem Körper, drahtlos
Wir integrieren Sensorik, Kommunikation und Energieversorgung auf einem zellgroßen Chip und übertragen Energie und Daten drahtlos per Ultraschall. Im Mittelpunkt stehen integrierte Schaltungen mit kleinster Fläche und extrem niedrigem Energiebedarf.
Konzeptübersicht: Energie und Daten per Ultraschall
Das Forschungskonzept überträgt akustische Energie von einer externen Ultraschallschnittstelle durch eine Kopplungsschicht und schematisches Gewebe zu einem Mikrochip und tauscht Sensordaten aus. Blaue Wellen stehen für Schall, nicht für Funkwellen.
Externe Ultraschallschnittstelle
Energie: externe Schnittstelle → Chip / Kommunikation: externe Schnittstelle ↔ Chip
Mikrosensor-Chip
Funktionskonzept ohne Maßstab; es zeigt weder klinischen Einsatz noch ein realisiertes System oder gemessene Leistung.
Ultraschall · Biomedizinische Messung · Drahtlose Energieübertragung
RIKEN-Projekt