Die deutsche Hochschullandschaft ist gut (aus-)gerüstet. Im Rahmen des Verbundprojekts Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland (ForLab) haben 14 deutsche Universitäten modernste Anlagen und Geräte für die Mikroelektronik-Forschung erhalten. Seit 2019 werden die ForLabs durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 50 Millionen Euro gefördert und bilden die universitäre Ergänzung zum Vorhaben Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD), das ebenfalls vom Bund gefördert wird und außeruniversitären Forschungseinrichtungen der Fraunhofer Gesellschaft und der Leibniz Gemeinschaft zugutekommt. Zusammen schaffen sie eine neue Qualität und Sichtbarkeit für die Elektronikforschung am Hochtechnologie-Standort Deutschland. Im Zentrum stehen Themen, die für die Industrie hochgradig interessant sind, aber aktuell noch nicht industriell erforscht werden, wie z. B. neue Materialien in der Leistungselektronik, neue Halbleiterbauelemente auf Basis von 2D-Materialien, Memristoren und Spintronik, aber auch neue Ansätze der Sensorik und der Höchstfrequenzelektronik. Bei einer digitalen Fachtagung kommen die Partner aus ForLab nun zusammen, stellen Ergebnisse ihrer Grundlagenforschung vor und diskutieren aktuelle Herausforderungen der Mikroelektronikforschung. Die folgenden Ergebnisse sind ausgewählte Beispiele, die die Vielfalt der Forschungsthemen der Forschungslabore repräsentieren:
Neuromorphe Systeme aus dem Kryo-Analytiklabor
Das Forschungslabor Mikroelektronik Ilmenau für neuromorphe Elektronik (ForLab NSME) an der TU Ilmenau nutzt ein neues Kryo-Analytiklabor für die Grundlagenforschung an Memristoren für leistungsstarke, energieeffiziente Mikrochips. Die Idee der neuromorphen Elektronik ist es, biologische Informationsverarbeitung elektronisch nachzubilden, das heißt eine Technologie, die biologische Lern- und Gedächtnisprozesse emuliert. Die Lösungen sollen dem wachsenden Bedarf an Rechenleistung durch das Internet der Dinge, Big Data und künstlicher Intelligenz gerecht werden und dabei den Energiebedarf deutlich senken. Die passenden neuen Materialien für diese Elektroniksysteme und -komponenten erforschen die Ilmenauer WissenschaftlerInnen im Kryolabor bei extremen Temperaturen von -267 Grad Celsius. Kurzfilm © ForLab NSME hier: https://bit.ly/forlab_NSME
Bio-Chips für die autonome Patientenüberwachung
An medizinisch einsetzbaren Elektroniksystemen, die sowohl biologische Parameter bei Patienten als auch Umwelteinflüsse messen können, arbeitet das Forschungslabor Mikroelektronik Freiburg für Hybride Integrationstechnologien an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg.
Durch neue Funktionswerkstoffe und einen dreidimensionalen Aufbau soll die Kombination von Elektronik, Sensorik und Aktorik zu einem leistungsfähigen Bio-Chip gelingen. Die komplexen Mikrosysteme sollen zunächst in der Medizin eingesetzt werden, beispielsweise als integrierter implantierbarer Sensorik-Stimulations-Chip zur autonomen Patientenüberwachung, oder auch als bioanalytische diagnostische Systeme zur Virendiagnostik.
Neuartige magnetische Sensoren von der Grundlagenforschung bis zur industriellen Reife
Im Forschungslabor für Magnetfeldsensorik MagSens arbeiten Forscher:innen der Universität Bielefeld und der Johannes Gutenberg Universität Mainz an neuartigen, robusten und maßgeschneiderten magnetischen Sensoren für Anwendungsfelder wie Elektromobilität, Automatisierung oder Industrie 4.0. Dank einer speziell designten Beschichtungsanlage für ultradünne Schichten und Nanostrukturen in Bielefeld, die entscheidende Kennwerte neuer Sensoren schon im Beschichtungsprozess vermisst, und der parallelen Untersuchung der Funktionalität und Herstellbarkeit mit Industrieanlagen in Mainz wird die Entwicklungsdauer verkürzt und universitäre Forschungsergebnisse finden schneller den Weg in die industrielle Entwicklung und Produktion. Kurzfilm © ForLab MagSens hier: https://bit.ly/forlab_MagSens
Kompetenzatlas macht verfügbare Anlagen auch für Industriepartner sichtbar
„Mit den im Rahmen von ForLab angeschafften Anlagen verfügen Hochschulstandorte deutschlandweit über eine hervorragende Ausrüstung und Infrastruktur, diese kann und muss intensiv genutzt werden“, meint Prof. Dr. Thomas Mikolajick, Gesamtkoordinator der Forschungslabore und Institutsleiter für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik an der Technischen Universität Dresden.
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BU: Mit den industriekompatiblen Anlagen der Johannes Gutenberg Universität Mainz können Funktionsschichten unterschiedlichster Materialien auf 200 mm großen Wafern deponiert und die Wafer somit direkt in die Produktionskette der Sensorfirmen und der Chipindustrie integriert werden. Bild: ForLab & André Wirsig
Die ForLab-Standorte haben es sich daher zur Aufgabe gemacht, die Geräte für Partner aus der Industrie sichtbar zu machen. „Wir setzen aktuell einen Kompetenzatlas auf. Mithilfe der öffentlichen Datenbank können Forscher und Entwickler schnell und unkompliziert sehen, an welcher Hochschule sich die benötigte Anlage befindet und eine entsprechende Kooperation anstreben. Auf diese Weise wollen wir dazu beitragen, dass verfügbare Geräte gut ausgelastet sind und Entwicklungsarbeiten auch über ForLab hinaus schneller vorangehen, aber auch Kooperationsmöglichkeiten sichtbar machen und die Universitäten stärker mit der Industrie vernetzen“, so Prof. Mikolajick.
Deutsche Mikroelektronikforschung sucht Nachwuchs
Der ForLab-Koordinator sieht weitere Potentiale: „Wir an der TU Dresden suchen, wie alle anderen Mikroelektronik-Standorte, intensiv nach interessiertem Forschernachwuchs. Auch in diese Richtung wirkt das ForLab-Projekt: Wer junge Menschen für Hochtechnologie begeistern und Spitzenforscher:innen anziehen will, braucht moderne Geräte, die Ideen inspirieren und Entwicklung möglich machen. Diese Infrastruktur haben wir mit ForLab ausgebaut. Mit unserer Ausrüstung bieten wir ideale Bedingungen für exzellente Lehre und motivierte Nachwuchsforschung. Auch in diesem Bereich bleiben die ForLab-Partner in Kontakt.“