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05.04.2013, 10:15 Uhr | 0 |

Halbleitertechnologie Exzellenzcluster in Dresden forscht für die Chips der Zukunft

Kleiner, effizienter, vielseitiger sollen die Chips der Zukunft werden. Im Center for Advancing Electronics in Dresden arbeiten Forscher daran, die bisherigen Halbleitertechnologien zu verbessern und zu ersetzen. Denn mit fortschreitender Miniaturisierung stoßen diese in naher Zukunft an physikalische Grenzen.

Logo des Center for Advancing Electronics in Dresden.
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Ziel des Exzellenzclusters cfaed ist es die bisher in der Chiptechnologie dominierende Cmos-Technologie zu verbessern, zu ergänzen und schließlich zu ersetzen.

Foto: Technische Universität Dresden

Gerhard Fettweis, Professor an der TU-Dresden und Sprecher des Exzellenzclusters Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) hat hohe Ziele: Die Dresdner Forscher hätten "die einzigartige Gelegenheit, entscheidende Technologien der Zukunft mitzugestalten". Ihr erklärtes Ziel: die bisher in der Chiptechnologie dominierende Cmos-Technologie zu verbessern, zu ergänzen und schließlich zu ersetzen. Die Forschung im cfaed umfasst zudem die gesamte Wertschöpfungskette von den Materialien und Verfahren über einzelne Schaltkreise bis hin zu kompletten Systemen. Jetzt wurde das cfaed auch offiziell eröffnet und gleichzeitig wurden erste Ergebnisse der Forschungen präsentiert.

Triebfeder der Chipindustrie ist bis heute das Mooresche Gesetz: Transistoren und Strukturen auf den Chips wurden immer weiter verkleinert. Somit war es möglich, immer mehr davon auf der Fläche eines Chips unterzubringen. Dieses Prinzip lässt sich aber nicht unbegrenzt weiter fortschreiben. Derzeit gehen Experten davon aus, dass die etablierten Verfahren zur Chipherstellung bereits im Jahre 2020 an physikalische Grenzen stoßen.

Dresdner Forscher gehen ungewöhnliche Wege bei der Suche nach Zukunftstechnologien

Bei der Suche nach den Technologien der Zukunft beschreiten die Dresdner Wissenschaftler auch ungewöhnliche Wege. Neun sogenannte Forschungspfade erkunden das Terrain – von eher exotischen Möglichkeiten wie biomolekular-assemblierten Schaltkreisen und der chemischen Informationsverarbeitung über biologische Systeme bis hin zu neuen Lösungen auf Basis von Polymeren, Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Silizium-Nanodrähten.

Bei einigen der Forschungspfade sind Anwendungen schon in Sicht. So präsentierte Forschungsgruppenleiter Walter Weber rekonfigurierbare Schaltungen auf Basis von Silizium-Nanodrähten. Anders als Feldeffekttransistoren, die in der herkömmlichen Cmos-Technologie erzeugt werden, ermöglichen diese innovativen Bauelemente die selektive Steuerung der Ladungsträger-Injektion. Mithilfe von elektrischen Signalen lassen sich p- und n-Typ-Eigenschaften reversibel erzeugen dotiert werden müssen die winzigen Silizium-Strukturen nicht.

Larisa Baraban arbeitet daran, mit Hilfe von Biosensoren aus Nanodrähten Krankheiten bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt zu erkennen. Die Forschergruppe, die die Physikerin leitet, will diagnostische Verfahren entwickeln, die direkt am Krankenbett eingesetzt werden können – mobile Geräte, die Ergebnisse sehr schnell, kosteneffizient und mit hoher Genauigkeit liefern. Sie nutzt dazu Feldeffekttransistoren aus Silizium-Nanodrähten, die mit speziellen Stoffen, sogenannten Aptameren, beschichtet werden. Diese binden die zu untersuchenden Zielsubstanzen. Dabei erfolgt eine Veränderung der Oberflächenladung, die dann deutlich messbar sei, so Baraban.

Carbon Nanotubes (CNT), winzige Röhrchen aus Kohlenstoff mit einem Durchmesser von nur wenigen Nanometern, nutzt die Forschergruppe um Martin Claus als Ausgangsmaterial für neuartige analoge Hochfrequenz-Bauteile. Denn auch in der Mobilkommunikation steigen die Anforderungen, was klassische Halbleitertechnologien an den Rand ihrer Leistungsfähigkeit bringt. Die Dresdner Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass neue Chips auf Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen das Potenzial haben, hohe Datenraten bei einem niedrigen Energiebedarf zu erreichen.

Eine weitere Forschergruppe, die von Sascha Hermann geleitet wird, entwickelt am Zentrum für Mikroelektronik (ZfM) der TU Chemnitz Methoden für die Integration von Nanoröhrchen aus Kohlenstoff in Strukturen auf Silizium-Wafern. Sie bereitet damit die industrielle Verarbeitung der CNT vor.

Doch nicht nur die Forschungsergebnisse sind das Ziel des Exzellenzclusters, das vom Bund und durch das Land Sachsen mit insgesamt 28 Mio. € gefördert wird. Es geht nicht zuletzt auch darum, Fachkräfte für diese Technologien der Zukunft in Dresden zu versammeln. Im cfaed werde weithin sichtbare Spitzenforschung betrieben, so die sächsische Wissenschaftsministerin Sabine von Schorlemer: "Das Cluster ist von großer strategischer Bedeutung, sowohl für Sachsen als auch für ganz Deutschland. Wir brauchen innovative Ideen, um im globalen Wettbewerb an der Spitze zu bleiben." 

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Von Anke Müller/Jens D. Billerbeck | Präsentiert von VDI Logo
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