Neue Bauelemente sollen die Grenzen von Silizium überwinden

Im ForLab FAMOS stellen die Wissenschaftler um Prof. Fischer zukünftig neue optoelektronische Bauelemente her, die auf der Integration neuer Materialien basieren. © BTU

Im Februar 2019 ging die BTU Cottbus-Senftenberg mit ihrem neuen »Forschungslabor Mikroelektronik für siliziumbasierte Optoelektronik« (ForLab FAMOS) an den Start. Das Forschungslabor der BTU wird bis Ende 2021 mit 2,51 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Insgesamt starten zeitgleich zwölf Forschungslabore Mikroelektronik in Deutschland (ForLab). Das BMBF stellt deutschlandweit insgesamt 50 Mio. Euro für Investitionen in die Mikroelektronik-Forschung an Hochschulen bereit.
Die Mikroelektronik ist Teil unseres Alltags: Kein Computer, kein Auto, kein Personalausweis funktioniert ohne diese Technologie. 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.
Die Wissenschaftler um Prof. Inga Anita Fischer, Leiterin des Lehrstuhls Experimentalphysik und Funktionale Materialien, arbeiten an der BTU 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 ultra-schnelle 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 Silizium-Technik allmählich an ihre physikalischen Grenzen: Sie ist insbesondere für optoelektronische Bauelemente ineffizient. Ziel der BTU-Forscher ist es, 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 Prof. Fischer.