Nanochips Immer kleiner, feiner, besser
Die Bibel auf einem Sandkorn: Auf diesem Minichip ist die Heilige Schrift gespeichert.
BERLIN. Alles wird kleiner – nur der Begriff bleibt und stiftet Verwirrung, weil er Größe vortäuscht: Mikroelektronik. „Die Abmessungen haben sich längst in den Nanometerbereich verschoben, als Bezeichnung hat sich aber Mikroelektronik durchgesetzt“, sagt Manfred Dietrich, Leiter der Unterabteilung Informations- und Kommunikationstechnologie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMF). Als Experte für Kleinteiliges verweist er darauf, dass heute ein gängiger Chip des deutschen Herstellers AMD etwa 45 Nanometer (nm) groß ist. Gleichzeitig zählen auch integrierte Schaltkreise zur Nanotechnologie, deren Größe unter hundert nm liegen.
„Die Strukturen in der Mikroelektronik wurden in den letzten Jahrzehnten immer kleiner. Dieser Trend wird sich fortsetzen, um eine noch höhere Leistung in noch kleineren Bauteilen zu erreichen“, sagt Dietrich. Der derzeitige Standard von 45 nm-Strukturen ist bereits unfassbar winzig, denn das ist 1 000-mal so fein wie ein menschliches Haar. Schon jetzt finden auf einem Daumennagel großen Chip drei Millionen Schalter, auch Transistoren genannt, Platz, wobei Dietrich eine Milliarde für machbar hält. Angaben, die ebenfalls von Chipherstellern zu hören sind.
Das stellt ganz neue Anforderungen an die Entwicklung und Produktion. Denn die Größenverhältnisse lassen sich auch so illustrieren: „Es wird mit Strukturen gearbeitet, die kleiner als die Lichtwellenlänge sind“, sagt Volker Klocke, Gründer und Chef der Firma Klocke Nanotechnik in Aachen. Das klingt abstrakt, bringt aber eine konkrete Schwierigkeit für die Produktion mit sich. Denn: Die Firma kann in der Fertigung und Testung nicht mehr mit Lichtmikroskopen arbeiten.
Daher hat Klocke ein spezielles Elektronenmikroskop entwickelt, mit dem etwa für automatisierte Messungen einzelne Transistoren gleichzeitig auf einem Wafer erkannt und gezielt Strom gemessen werden kann. Klocke hat somit das Elektronenmikroskop vom reinen Analysegerät zum materialbearbeitenden System erweitert. „In der Montage werden nun Werkzeuge wie im Labor benötigt. Aus der Miniaturisierung ergeben sich daher immer mehr Anforderungen“, sagt Klocke. „Doch der Aufwand lohnt, da wir damit Chips mit mehr Leistung bei weniger Stromverbrauch und sinkenden Produktionskosten produzieren können.“
Dabei sind nicht allein Konzerne Treiber der Entwicklung: „Gerade Mittelständler haben Anteil daran, die schnell und flexibel in kleinen Stückzahlen neue nanoelektronische Strukturen und Applikationen entwickeln können“, sagt Klocke. Meist geschieht dies im Auftrag großer Unternehmen oder als Kooperation, wobei oft auch Forschungsinstitute mit im Boot sind.
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