Du kanske tror att den mesta halvledarforskningen sker i Taiwan, Sydkorea, USA eller Kina och att ett litet land som Sverige inte har någon chans? Det är inte sant.
Med Myfab, fyra halvledarlabb vid fyra universitet, ligger Sverige i halvledarforskningens framkant och utvecklar halvledarmaterial och komponenter som kan bli viktiga för svensk industri.

Men Myfab handlar inte om forskning och inte om massframställning. Myfab gör inte heller processorer med miljarder transistorer, istället handlar det om nya komponenttyper, högtemperaturmaterial, nya ytbehandlingar och nya sätt att utvinna och lagra grön energi.

Myfab är Sveriges nationella forskningsinfrastruktur för mikro- och nanofabrikation. Labben tillhandahåller den bästa möjliga miljön för utveckling och tillverkning av material, strukturer och komponenter för avancerad forskning inom fysik, materialvetenskap, nanovetenskap, kemi, livsvetenskaperna, energi och miljö, och nanoelektronik. Detta stöds av att mer än 800 expertgranskade (peer-review) publikationer och fler än 50 doktorer examineras årligen från miljön.

Myfab hade 817 användare från akademi och industri under 2021. Den kommersiella delen av verksamheten utgjorde 14 procent vilket ökade under pandemin.

Historik
De enskilda labben som skulle bli Myfab byggdes upp mellan slutet av 1980-talet och början av 2000-talet vid de fyra universiteten. År 2004 bildades Myfab för att kunna nå samverkansfördelar, för att inte dyrbar utrustning skulle dubbleras, för att kunna erbjuda samordnade användaravgifter och för att kunna erbjuda backup för olika standardprocesser. Allt handlar om synergier och att kunna erbjuda åtkomst till alla labben på lika villkor, oavsett vilken ”ingång” man använder.

Vem betalar?
Myfab är en nationell infrastruktur och ska ha ett övergripande perspektiv, men i och med konsortialavtalet mellan de fyra universiteten samverkar man och tillför resurser (maskiner och service) på ett likartat sätt. Maskinparken har finansierats av universiteten, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Vetenskapsrådet, Stiftelsen för Strategisk Forskning och konsortiet Myfab. Ett hundratal företag använder infrastrukturen och betalar då full kostnad när de går från idé till produkt eller produktion av nyckelkomponenter.

Olika universitet har olika inriktningar, det finns två till fyra så kallade expertprofiler per Myfab-labb, vilket tillsammans med en övergripande nationell prioritering är vägledande för vilken utrustning som införskaffas. Men det finns också en uppsättning grundutrustning på alla labb, som fungerar som redundans, när alla hjälper alla.

Myfab är Sveriges enda nationella infrastruktur där användarna kan tillverka material, strukturer eller komponenter i mikro- och nanoskala. Ofta behövs det mellan tio och trettio utrustningar för att genomföra en sådan tillverkningsprocess, och man samlar hela tiden information om det bästa sättet att använda dem.

Blir det någon vinst för industrin? Myfabs renrum är de enda svenska alternativen för den som vill experimentera med fullskalig utrustning, totalt cirka 700 olika maskiner. De spinoff-företag som bildats vid Myfab KTH Electrumlabb omsätter idag 1,2 miljarder kronor. Då talar vi inte om riskkapital, utan om försäljning. Företag från de andra tre labben är också ute och gör affärer och tjänar pengar.

Dags för expansion
Men labben har funnits länge, vissa mer än 30 år, och viss utrustning behöver bytas. Det gäller bara att skaka fram pengar. Labben expanderar också hela tiden. Myfab Lund, som idag har minsta renrumsyta med en omfattande verksamhet har det extra trångt men ska dubbla sin yta inom fyra till fem år då man planerar att flytta in i ett nytt laboratorium i området kring acceleratorerna ISS och Max IV.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

Akademin nyttjar labben till 84 procent och resten är kommersiellt utnyttjande. Under pandemin rekommenderades alla att inte gå till jobbet, och labben märkte en minskning av beläggningen med 13 procent, men den kommersiella användningen ökade med 13 procent! Ett högrent labb är förmodligen den bästa platsen att arbeta på under en pandemi.

Lunds Universitet – NanoLund

Myfab är en viktig infrastruktur för Nanolund, som är världsledande inom materialvetenskap och tillämpningar av nanostrukturerade halvledare. Lund Nano Lab omsätter cirka 45 miljoner årligen och består av cirka 1200 m2 laboratorieområde, varav 600 m2 är halvledar-renrum. Laboratoriet har cirka 80 verktyg, bland annat för deponering, tillväxt, etsning och mönstring av halvledarmaterial. Det finns också ett antal specialiserade instrument för karakterisering och metrologi. Labbet har över 150 aktiva användare från den akademiska världen och industrin. LNL-teamet består av 14 högt kvalificerade forskare, ingenjörer, tekniker och doktorander, som fokuserar på att hålla anläggningen igång, utrustningen tillgänglig och ge service åt alla användare så att de kan bedriva sin forskning.

En av labbets specialiteter är att växa III-V-halvledare med epitaxi. Dessa halvledare har egenskaper som gör dem lämpade för optiska applikationer såsom solceller och lysdioder. Spinoff-företaget Aligned Bio jobbar med att utveckla nanotrådsbaserade detektorer som kan detektera enstaka biomolekyler.

För att kunna tillgodose de behov som olika forskningsgrupper har av III-V-material har labbet införskaffat denna maskin som har fem processgaser och hela 11 metallorganer. Den kan tillverka en mycket stor mängd olika material, vilket ger den flexibilitet som behövs inom forskningen. Den har även integrerad reflektometri för att övervaka processen under gång.

Chalmers – Nanofabrication Laboratory

Myfab Chalmers renrum invigdes år 2001 och har 1000 m2 renrum med en renhet på ISO klass 5 och 240 kvadratmeter på ISO klass 7. Infrastrukturen drivs av 21 anställda som stödjer de cirka 200 användarna. Viss yta i renrummet hyrs också ut till ett par företag. Man är inne i en återinvesteringsperiod där det investeras i drygt trettiotal utrustningar till en total summa om ca 175 miljoner kronor.

Labbchefen heter Peter Modh. Han berättar att expertprofilen finns inom nanolitografi och att man driver två mycket starka områden i infrastrukturen: mikrovågselektronik och fotonik, samt kvantteknologier. Det sistnämnda har varit en förutsättning för de stora satsningarna inom forskning på kvantdatorer från både Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och EU.

Bland de avknoppningsföretag som klivit ur renrummet kan nämnas Smoltek och Smart High Tech som båda är börsnoterade.

På Chalmers satsar man på automatiserad karakterisering, med ett automatiserat optiskt mikroskop och ett automatiserat svepelektronmikroskop (SEM). Snart får man leverans av en automatiserad optisk ytprofilometer.

Med dessa utrustningar (och mätdata från en automatiserad probstation) kan man börja korrelera processresultat med egenskaper för de komponenter man tillverkar. Instrumenten är också otroligt nyttiga vid processutveckling då man kan mäta och få återkoppling på ett stort antal komponenter (korrelerat till exempelvis litografidos eller storlek) på kort tid. Detta arbete hade inte varit realistiskt att genomföra manuellt.

Satsningen är delvis finansierad av Vetenskapsrådet via Myfabs anslag till investeringar. Regeringens Strategiska forskningsområde ”Nano” är med och finansierar metodutvecklingen inom detta område.

KTH – Electrumlab

Nils Nordell, chef på Electrumlab, basar över ett 1300 m2 renrum som funnits i 35 år. Labbet håller en renhet på mellan ISO 5–7. Verksamheten drivs av 12 tekniker och forskare, som stöd till de 180 användarna. Labbyta både i renrummet och i angränsande utrymmen hyrs ut till företag som vill ha full kontroll över sina processer. I medeltal lever utrustningen i 15 år, och man återinvesterar mellan 10 och 20 miljoner kronor per år.

Electrumlabbet ägs av KTH och drivs i nära samarbete med forskningsinstitutet Rise som i sin tur syftar till produktifiering av innovationskedjan.

Kiselkarbid är ett viktigt område, som resulterat i flera avknoppningar, som Ascatron som numera är en del av II-VI, och Kiselkarbid i Stockholm, KISAB, som tillverkar i det närmaste defektfria substrat i kiselkarbid. Ett annat företag är IRNova som tillverkar sensorer för värmekameror. Avknoppningsföretagen, däribland mikromekanikfoundryt Silex, omsätter idag cirka 1,6 miljarder kronor per år, med totalt 550 anställda.

Det finns en experimentell CMOS-lina där man kan tillverka kretsar med 100 000 transistorer. Mikromekniska sensorer är också en stor del av arbetet.

3D-strukturer blir allt viktigare. Plasmaetsaren Omega c2L Rapier är finansierad av Vetenskapsrådet och är på väg in. Det är en torretsprocess för mems-tillämpningar vars största fördel är att den ger väldigt jämna, defektfria sidoväggar i kislet.

Utrustningen i labbet är av industrityp, vilket gör det lätt för forskarna att ta steget upp till industriell produktion. Därför tror Nils Nordell mycket på EUs Chips Act inför framtiden, eftersom man kan erbjuda utbildning på alla nivåer för de ingenjörer som kommer att behövas för att bygga upp den europeiska halvledarindustrin och ge dem den praktiska kunskapen.

Uppsala Universitet

Stefan Nygren är chef för Myfab i Uppsala. Han berättar att labbet invigdes 1997 och alltså firar 25-årsjubileum i år. Det finns fak-tiskt maskiner som varit med ända från början, men man gör kontinuerliga nyinköp och kompletteringar. Labbet håller en renhet enligt ISO 5. Lokalen är 2 000 m2 och drivs av 14 hel- eller deltidsanställda tekniker och forskare, som stöd till de nära 300 användar-na.

Laboratoriet håller en ganska bred profil inom materialvetenskap, är mer välutrustat på analyssidan än övriga Myfab-lab. Annars är det klassisk kiselteknik som gäller. Sensorik och bioteknik för diagnostik och livsvetenskap är det nya, tack vare närheten till Bi-omedicinskt centrum.

Man har en hel del industrianvändare och dessutom avknoppningsföretag som lyckats bra. Bland dem kan man nämna Sysmex Astrego som ägnar sig åt diagnostik, och tagit fram en plattform för snabb identifiering av bakterier och hur de reagerar på olika antibiotika.

Ett intressant nytillskott på maskinsidan är en tvåfotonskrivare från Upnano som används för 3D-utskrift av mikrostrukturer, som man haft i ungefär ett år. Den kan exponera strukturer med en upplösning på mindre än en mikrometer. Ytterligare 3D-skrivare är på väg in, som kan bygga strukturer i större skala.

Stefan menar att framtiden för nanoteknik är ljus, särskilt nu när hypen är över. Nu stundar verkligheten.