Die Grenzen von Silizium überwinden

Kein Computer, kein Auto, kein Personalausweis funktioniert ohne Mikro­elektronik. Für das Auge meist unsichtbar ist sie unter der Produkt­ober­fläche verborgen. Die Herausforderung besteht darin, diese hoch­komplexen elektronischen Systeme in kürzester Zeit zu entwickeln, herzustellen und auf den Markt zu bringen – und das zu einem akzeptablen Preis. Zudem muss die Technologie zuverlässig sowie energie­effizient funktionieren. Durch aktuelle Trends wie die Künstliche Intelligenz, Elektro­mobilität, Diagnose­systeme in der Medizin oder die nachhaltige Energie­versorgung nimmt die Bedeutung der Mikro­elektronik in Zukunft weiter zu.

An der  BTU Cottbus-Senftenberg ist jetzt das neue „Forschungs­labor Mikro­elektronik für silizium­basierte Opto­elektronik“, kurz ForLab FAMOS, an den Start gegangen. Das Forschungs­labor wird bis Ende 2021 mit 2,51 Millionen Euro vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung gefördert. Die Wissenschaftler um Inga Anita Fischer arbeiten an innovativen opto­elektronischen Bauelementen wie beispielsweise Sensoren und integrierte Lichtquellen. Diese ermöglichen eine sichere, schnelle und energie­effiziente Daten­übertragung. Die Einsatz­möglichkeiten reichen von der Notfall­medizin beispielsweise mit schnellen Tests zur Erkennung einer Sepsis über die ultra­schnelle Daten­über­tragung bis hin zur industriellen Prozess­über­wachung etwa zur Prüfung der Qualität von Nahrungs­mitteln.

Bisher basieren die meisten elektronischen Schaltungen auf dem Halb­leiter Silizium. Der Werkstoff ist aufgrund der relativ geringen Herstell­kosten, seiner Kristall­struktur und Spannungs­festigkeit für Anwendungen in der Halb­leiter­industrie prädestiniert. Dennoch stößt die Silizium­technik allmählich an ihre physikalischen Grenzen: Sie ist insbesondere für opto­elektronische Bauelemente ineffizient. Ziel der Forscher ist es daher, neue Materialien in eine Silizium-Plattform zu integrieren. „Erst wenn wir weitere Halbleiter oder Materialien wie Oxide und Polymere auf der Silizium-Plattform integrieren, können wir neue Anwendungs­gebiete erschließen. Wir können damit optische Sensoren herstellen, die weniger Energie verbrauchen als bisher und helfen, die optische Daten­über­tragung zu ermöglichen“, so  Fischer. Gemeinsam mit Jan Ingo Flege, Fachgebiet Angewandte Physik und Halb­leiter­spektro­skopie, und Michael Beck, Fachgebiet Allgemeine Elektro­technik, von der BTU plant Fischer dabei, mit dem Leibniz-Institut für innovative Mikro­elektronik und dem Fraunhofer-Institut für photonische Mikro­systeme zusammen­zu­arbeiten.

BTU / RK

Weitere Infos

• Experimentalphysik und funktionale Materialien (I. Fischer),  Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg