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 Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften
29.03.2017 | Technische Universität Dresden

nachricht Elektromobilität: Forschungen des Fraunhofer LBF ebnen den Weg in die Alltagstauglichkeit
27.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

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: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten