Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleinste Mikrochips, die nicht ins Schwitzen kommen

02.04.2014

In der Geothermie oder der Erdölförderung herrschen oft Temperaturen über 200 Grad – konventionelle Mikroelektronik stößt hier an ihre Grenzen. Forscher haben jetzt kompakte Mikrochips realisiert, die auch bei 300 Grad noch »cool« bleiben.

In den Tiefen unseres Planeten schlummert ein riesiger Schatz: Temperaturen von bis zu 7000 Grad Celsius vermutet man im Erdkern – in einer Tiefe von 4 bis 6 Kilometern ist es immer noch 150 bis über 200 Grad heiß. Diese gigantischen Wärmereserven lassen sich mittels der Geothermie als regenerative Energiequelle nutzen.


Bleiben auch bei 300 Grad noch »cool«: die besonders kompakten Mikrochips des Fraunhofer IMS. © Fraunhofer IMS

Die Bohrköpfe und Sonden, die dabei zum Einsatz kommen, sind Hightech-Maschinen: Für ihre Expedition ins Erdinnere sind sie mit diversen Sensoren und Steuerungsmechanismen ausgestattet. Auf diese Weise können sie sehr exakt gesteuert werden oder selbstständig die Umgebungsparameter vor Ort analysieren und so beispielsweise geeignete – also besonders warme – Bereiche für die Förderung ausfindig machen. Einen Haken hat die Sache jedoch: Bei Temperaturen von über 200 Grad Celsius stoßen die Mikrochips an ihre Belastungsgrenze.

Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius aushalten

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS haben jetzt einen neuartigen Hochtemperaturprozess entwickelt. »Damit wird es möglich, äußerst kompakte Mikrochips zu realisieren, die auch bei Temperaturen von bis zu 300 Grad Celsius einwandfrei funktionieren«, so Holger Kappert, Leiter Hochtemperaturelektronik am Fraunhofer IMS. Zwar halten vereinzelt auch herkömmliche Halbleiter-Chips (CMOS) Temperaturen bis zu 250 Grad Celsius aus – allerdings nehmen Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit rapide ab. Oftmals müssen Unternehmen nach dem Trial-und-Error-Prinzip eine ganze Reihe von Standard-Chips testen, bis sie ein annehmbares Ergebnis erhalten – ein mühseliges Unterfangen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die hitzeempfindliche Mikroelektronik permanent zu kühlen, was jedoch kaum bzw. nur mit großem Zusatzaufwand zu realisieren ist. Auch spezielle Hochtemperaturchips gibt es schon am Markt – diese sind mit Strukturgrößen von rund einem Mikrometer aber sehr groß. »Derzeitige Lösungen sind immer mit gewissen Abstrichen verbunden: Entweder haben sie verhältnismäßig große Bauteile, oder sie müssen mit eingeschränkter Leistung leben«, resümiert Kappert.

Anders dagegen die Mikrochips aus dem IMS: Mit einer Strukturgröße von 0,35 µm sind sie deutlich kleiner als die heute verfügbaren Hochtemperaturchips. Der Vorteil solch komplexer Strukturen lässt sich mit der Formel »mehr Funktion auf weniger Fläche« zusammenfassen. Das ist die Voraussetzung, um die Chips leistungsfähiger oder auch intelligenter zu machen. Um die hitzetoleranten Mini-Chips zu realisieren, nutzen die Duisburger Forscher einen speziellen Hochtemperatur SOI CMOS Prozess: »SOI steht für Silicon-on-Insulator – das bedeutet, wir führen eine Schicht ein, die die Transistoren im Chip gegeneinander isoliert«, erklärt Kappert. Diese Isolierung verhindert, dass auftretende Leckströme die Funktionalität des Chips beeinträchtigen. Leckströme sind elektrische Ströme, die abseits der vorgesehenen Wege fließen. Sie werden insbesondere durch erhöhte Temperaturen verursacht, bzw. verstärkt. Darüber hinaus verwenden die Forscher für ihre Chips eine Wolfram-Metallisierung, die temperaturunempfindlicher als das üblicherweise eingesetzte Aluminium ist. Das erhöht die Lebensdauer der Hochtemperaturchips.

Umweltfreundlicheres Fliegen

Die Förderung von Erdwärme, Gas oder Öl ist nicht das einzige potenzielle Einsatzgebiet: Auch in der Luftfahrt könnten die Mikrochips gute Dienste leisten – etwa, wenn es darum geht, Sensorik möglichst nahe an den Triebwerkturbinen zu positionieren, um Betriebszustände beobachten zu können. Hierdurch könnte die Turbine zuverlässiger und effizienter betrieben werden, um Kerosin einzusparen und so das Fliegen umweltfreundlicher zu machen. Erste Feldtests mit den neuen Chips sind positiv verlaufen. Im Laufe des Jahres wollen die Forscher den Prozess als Service anbieten.

Holger Kappert | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2014/April/kleinste-mikrochips.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht
16.01.2017 | Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland

nachricht Greifswalder Plasmaforscher erforschen Nanomaterialien für effiziente Energiespeicherung
13.01.2017 | Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie