Die Mikroelektronik stellt die Basis für die technologische Entwicklung im 21. Jahrhundert dar. Durch Megatrends wie Künstliche Intelligenz, Internet der Dinge, Elektromobilität und autonomes Fahren, Industrie 4.0 oder die Umstellung des Energiesystems auf erneuerbare Energien wird die Bedeutung der Mikroelektronik weiter drastisch zunehmen. In Deutschland und Europa verschiebt sich der Schwerpunkt der Mikroelektronikfertigung und -forschung zunehmend zu Spezialtechnologien wie Leistungselektronik und Mikrosystemtechnik. „Eine wesentliche Strategie für die weitere Entwicklung dieser Forschungsgebiete ist es, die Forschung auf der Material- und Bauelemente-Ebene schon in der Phase der Grundlagenforschung sehr intensiv mit der Forschung an neuen Schaltungen und Systemen zu verbinden“, erklärt Prof. Thomas Mikolajick, Koordinator des Dresdner ForLabs. „Bisher gibt es im akademischen Bereich zwischen diesen beiden Fachgebieten kaum effektive Zusammenarbeiten.“

BMBF investiert in Mikroelektronik-Forschung

Das BMBF stellt deutschlandweit insgesamt 50 Mio. Euro für Investitionen in die Mikroelektronik-Forschung an Hochschulen bereit. „Mit den Forschungslaboren Mikroelektronik Deutschland investieren wir in die Zukunft: technologische Souveränität im Zeitalter der Digitalisierung braucht eine Spitzen-Ausstattung für Spitzen-Forschung nicht allein in der Wirtschaft, sondern auch in der Wissenschaft“, betonte Thomas Rachel, Parlamentarischer Staatssekretär im BMBF. „Wir wollen ein lebendiges Ökosystem schaffen, in dem neue Ideen und neues Wissen schnell nutzbar gemacht werden und in unserem Alltag ankommen.“ Dresden hat als Zentrum der europäischen Halbleiterindustrie hervorragende Rahmenbedingungen, um dieses Ziel zu erreichen.

Im Rahmen der BMBF-Förderung werden an der TU Dresden die relevanten Forschungsgebiete im Dresdner Zentrum für Halbleitertechnologie unter einem gemeinsamen organisatorischen Dach „ForLab DCTS“ zusammengeführt. Das Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik und das Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik der TU Dresden bündeln ihr Know-how, um die Forschungslücke zwischen der Materialentwicklung und innovativem Schaltungs- und Systemdesign zu überbrücken. Über konkrete Projekte werden auch weitere Institute innerhalb und außerhalb der TU Dresden wie z. B. das Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) eingebunden.

Im ForLab DCST werden Anlagen zur Herstellung von Schaltungen aus Nanodrähten aufgebaut, in welchen die Schaltungsfunktion während des Betriebes verändert werden kann. Sie bilden damit eine Basis für sogenannte rekonfigurierbare Elektroniksysteme und ermöglichen vollkommen neue Anwendungen, beispielsweise sicherere Chiptechnologien, neuartige Sensoren oder neuromorphe Elektronik für die künstliche Intelligenz. Dresdner Forscher werden sowohl einzelne Prozessschritte untersuchen als auch kleine Schaltungen und Demonstratoren aus Nanodrähten entwickeln. Der Forschungsstandort Dresden soll dadurch seine Stellung im internationalen Vergleich auf dem Gebiet der rekonfigurierbaren Elektronik weiter ausbauen.

Zweites sächsisches Forschungslabor entsteht in Freiberg

An der TU Bergakademie Freiberg entsteht ein weiteres von den zwölf Projekten im Rahmen der Richtlinie Investitionsvorhaben für „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland (ForLab)“ - das Labor für Materialien der Leistungselektronik (ForLab Mat4µ). Koordinator des dreijährigen Projektes, das vom BMBF mit 1,3 Millionen Euro gefördert wird, ist Prof. Dr. Johannes Heitmann. 

Im ForLab Mat4µ werden mittels neuer Anlagen bestehende Ansätze zur Charakterisierung von neuartigen Grundmaterialien für die Mikroelektronik weiter ausgebaut und bis zur Herstellung von Testbauelementen erweitert. Damit soll eine umfassende Charakterisierung neuer Halbleitermaterialien und deren Einfluss auf die Funktionalität von Bauelementen in einem frühen Stadium der Materialentwicklung möglich werden. Die Integration neuer Grundmaterialien in die Mikroelektronik wird so vereinfacht und schnellere Innovationszyklen in der Materialentwicklung ermöglicht. Das ForLab Mat4µ wird es der TU Bergakademie Freiberg ermöglichen, ihre internationale Sichtbarkeit auf dem Forschungsgebiet der Grundmaterialien für die Mikroelektronik deutlich zu erhöhen.

Speziell werden leistungselektronische Bauelemente und Schaltungen als Wechselrichter für Solar- und Windkraftanlagen und Leistungsumwandler auf dem Gebiet der Elektromobilität eingesetzt. Durch die Untersuchung der Halbleitermaterialien soll eine Minimierung der elektrischen Verluste in solchen Systemen erreicht sowie höchste Wirkungsgrade bei Leuchtdioden erzielt werden, was eine wesentliche Ressourceneinsparung verspricht.