Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sandwich-Chips: Das Beste aus zwei Technologien

18.12.2012
Zwei Leibniz-Institute haben technologisches Neuland betreten und ihre – bislang getrennten – Technologiewelten erfolgreich verbunden. Die im HiTeK-Projekt entwickelten neuartigen Chips sollen dank ihrer Leistungsfähigkeit neue Anwendungen erschließen.

Wolfgang Heinrich und Bernd Tillack sind sich sicher, den Schlüssel für schnellere und leistungsfähigere Terahertz-Chips gefunden zu haben. Die beiden Wissenschaftler leiten Forscherteams vom Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), in Berlin und vom Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) in Frankfurt/Oder – und kommen damit aus zwei Technologie-Welten.


Wafer mit "Sandwich-Chips"
Foto: FBH/P. Immerz

Das FBH ist führend in der Entwicklung von III/V-Halbleitern, während das IHP auf Silizium-basierte Systeme und Schaltungen spezialisiert ist. Zwei Technologien, die bisher als getrennte Entwicklungspfade in der Halbleitertechnologie galten. Beide Leibniz-Institute bündeln ihr Know-how im HiTeK-Projekt, um die Vorzüge Silizium-basierter CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)-Schaltungen aus dem IHP mit jenen auf Indiumphosphid-Basis aus dem FBH zu verbinden.

Einen entscheidenden Schritt haben sie nun geschafft: Ihnen ist es gelungen auf einem Halbleiterwafer beide Schaltungen so miteinander zu verbinden, dass erste Messergebnisse die Leistungsfähigkeit belegen. Mit der Integration auf einem Chip rücken neue, anspruchsvolle Anwendungen in greifbare Nähe, etwa hochauflösende bildgebende Systeme in der Medizin und Sicherheitstechnik oder Mobilfunkanwendungen.

Die neuartigen Chips bieten die dafür erforderliche Leistungsfähigkeit auch bei höheren Frequenzen bis in den Terahertz-Bereich, um Materialfehler in Rotorblättern von Windanlagen oder Tumore in Geweben aufzuspüren, aber auch um hohe Datenraten in Funknetzen zu übertragen.

Für derartige Anwendungen werden sowohl hohe Ausgangsleistungen als auch schnellere Computerprozessoren benötigt, die mehr Rechenoperationen pro Sekunde ermöglichen. Dazu müssen die Schaltungen auf den Chips immer kleiner werden. Genau dieser Wettlauf treibt die Miniaturisierung in der Halbleiterindustrie voran. Sobald jedoch Frequenzbereiche von 100 Gigahertz und darüber angestrebt werden, sinkt in kleinen CMOS-Schaltkreisen die Durchbruchspannung und damit auch die verfügbare Ausgangsleistung der Chips erheblich, also die Fähigkeit genügend starke Signale zu erzeugen, um eine Funkverbindung aufzubauen oder Materialfehler aufzulösen.

Das IHP forscht dazu an bipolarem CMOS auf der Basis von Siliziumgermanium, was die Durchbruchspannung bei hohen Geschwindigkeiten gegenüber reinem CMOS erhöht. Eine weitergehende Verbesserung eröffnet sich nun, indem eine herkömmliche CMOS-Schaltung mit einer zweiten Schaltung aus Indiumphosphid kombiniert wird. Diese wird wie eine Art Sandwich passgenau auf den CMOS-Chip aufgebracht.

Die Materialkombination liefert genau die gewünschten Eigenschaften – hohe Leistungen bei hohen Frequenzen –, bei der die traditionelle, Silizium-basierte CMOS-Technologie an ihre Grenzen stößt. Gleichzeitig kann das hohe Maß an Fertigungsroutine und Integration bei CMOS-Schaltungen weiter genutzt werden, immerhin basieren weltweit 95 % aller digitalen oder analog-digitalen Schaltungen auf dieser Technologie.

„Eine besondere Herausforderung war es, beide Technologien an den Schnittstellen kompatibel zu machen“, betont Wolfgang Heinrich vom FBH. Dazu wurde zunächst die gesamte Entwicklungsumgebung der beiden Prozesse, wie etwa die Software für das Schaltungslayout, zusammengeführt. Die beiden Schichten mussten zudem so dimensioniert werden, dass sie die geforderten guten Übertragungseigenschaften für Frequenzen um 200 Gigahertz erreichen. Gefragt war dabei Maßarbeit, um die Schaltungen mit einer Genauigkeit von weniger als 10 Mikrometern präzise zueinander auszurichten.

Besonders stolz ist Heinrich auf die reibungslose Zusammenarbeit: „Es ist uns gelungen, beide Technologiewelten so aufeinander abzustimmen, dass die Schaltungen die geforderten Hochfrequenzeigenschaften liefern. Das zeigt auch, welcher Mehrwert entsteht, wenn zwei Institute wie das IHP und das FBH ihre Kompetenzen bündeln.“

Nun gilt es den Prozess zu stabilisieren und die Schaltungen weiter zu optimieren. Ein Folgeprojekt wurde bewilligt. Damit sollen die Möglichkeiten der hybriden Chips voll ausgeschöpft werden, um an die Grenzen des Machbaren zu gehen – damit die Sandwich-Schaltungen bald in anspruchsvolle Anwendungen integriert werden können.

Kontakt:
Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH)
Petra Immerz, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Petra.Immerz@FBH-Berlin.de
Tel.: (030) 6392-2626

Gesine Wiemer | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.fbh-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Graduiertenschule HyPerCells entwickelt hocheffiziente Perowskit- Dünnschichtsolarzelle
17.08.2017 | Universität Potsdam

nachricht Lasersensoren LAH-G1 – Optische Abstandssensoren mit Messwertanzeige
15.08.2017 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie