Suchen nach: halbleiter chips
• 7/2006 • Seite 47
Boltzmanns Vermächtnis
Ludwig Boltzmann begründete die moderne Thermodynamik mit Hilfe der statistischen Mechanik. Sein 1872 formuliertes H-Theorem lieferte erstmals eine mikroskopische Deutung des zweiten Hauptsatzes der Wärmelehre.
• 2/2003 • Seite 31
Vom organischen Transistor zum Plastik-Chip
Mit Silizium konkurrieren können halbleitende Polymere aufgrund ihrer deutlich schlechteren elektrischen Eigenschaften zwar nicht. Daher wird es auf absehbare Zeit auch keinen ''Plastik-Computer'' geben. Sie ermöglichen aber eine ''Wegwerf-Elektronik'' aus Plastik-Chips, die sich durch Drucken herstellen lassen und Bereiche erobern werden, in denen heute noch keine Elektronik zu finden ist. Dazu gehört zum Beispiel der elektronische Strichcode auf Verpackungen - der Plastik-Chip auf der Chips-Tüte.
• 9/2022 • Seite 21 • DPG-Mitglieder
USA
Wissenschaftlich beraten; (Noch) kein Licht im Dunkeln; Lösung für den Mauna Kea?; Feuer am Kitt Peak; Chips und Science
3/2002 • Seite 1
März
Einzelne Ytterbium-Ionen, die in dieser Falle gespeichert sind, könnten als Taktgeber von hochpräzisen Ein-Atom-Uhren dienen. Die Ringelektrode in der Bildmitte hat einen Durchmesser von 1,3 mm. Rechts erkennt man den Yb-Ofen und darüber die Elektronenquelle zur Ionisierung (vgl. S. 47).
• 4/2002 • Seite 16
Erster Biochip mit integrierter AuswertungNeuer Standard für DVDsNeuer breitbandiger Halbleiterlaser sendet im InfrarotenElektroden für bessere Akkus
• 1/2003 • Seite 29
Chip-Design zwischen Teilchenphysik und UMTS-Handys
Die Kunst des Chip-Designs besteht in dem intelligenten Vernetzen elektronischer Komponenten auf einem Mikrochip. Ein Fortschritt ist in zweierlei Hinsicht denkbar: Kluge Köpfe entwickeln neue kreative Schaltungen, oder die Chip-Komponenten selbst werden durch neue Prozesstechnologien kleiner und besser. Da die physikalischen Grenzen der Miniaturisierung ohne Zweifel in naher Zukunft erreicht werden, wird weltweit fieberhaft nach neuen Konzepten für mikroelektronische Systeme gesucht.
• 7/2024 • Seite 10 • DPG-Mitglieder
Präsidialer Besuch in Dresden
Im Rahmen eines Staatsbesuchs wurde am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme in Dresden ein Memorandum of Understanding unterzeichnet.
• 3/2021 • Seite 28Effektvolle Drehung
Eine einfache Drehung zweier Graphenschichten unter dem „magischen“ Winkel sorgt für eine Vielzahl neuer Zustände und exotischer Eigenschaften.
Die Entdeckung neuartiger Materialien hat seit der Steinzeit technologische Revolutionen ausgelöst. Die heutzutage wichtigsten Materialien sind die Bausteine moderner Technologien wie Halbleiter, Magnete oder Supraleiter. Sie bilden die Grundlage für Computerchips, Speicher und wissenschaftliche Geräte. Für die weitere Entwicklung wären Materialien wünschenswert, die viele unterschiedliche Eigenschaften gleichzeitig besitzen können. Diese sollten gesteuert ein- und ausschaltbar sein, um je nach Bedarf per Knopfdruck einen Magneten oder einen Supraleiter zu erhalten.
Traditionell sind Materialeigenschaften das Ergebnis der Zusammensetzung und Anordnung von Atomen in Kristallen. Abhängig davon, welche Atomspezies in einem Material gemischt sind, ordnen sich die Atome in unterschiedlichen periodischen Strukturen mit verschiedenen Symmetrien und elektronischen Eigenschaften an. Diese Attribute definieren somit die Eigenschaften des Materials und bestimmen, ob es beispielsweise ein Halbleiter, Magnet oder Supraleiter ist.
Um immer reichhaltigere Materialeffekte zu finden, hat sich die Wissenschaft in den letzten Jahrzehnten darauf konzentriert, immer kompliziertere Kristalle herzustellen. Damit ist es gelungen, eine zunehmende Anzahl verschiedener Atomspezies in einem Material zu mischen und eine Vielfalt exotischer Spezies zu entdecken, die in der Natur nicht vorkommen. Ein Beispiel ist der Kuprat-Supraleiter Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127. Um diese Materialien in der modernen Elektronik einzusetzen, müssen ihre Abmessungen nanometerklein sein. Die Miniaturisierung hat zudem einen weiteren positiven Effekt: Da die Materialien zunehmend empfindlich gegenüber angelegten elektrischen und magnetischen Feldern werden, können wir diese Felder nutzen, um die Materialeigenschaften kontrolliert zu verändern. (...)
• 12/2014 • Seite 33Beim Wachstum zusehen
Experimente zur Echtzeitbeobachtung von Filmbildung und Beschichtungsprozessen
Kristalle, dünne Schichten oder komplexere Heterostrukturen herzustellen ist unverzichtbar für verschiedenste technische Anwendungen. Dabei treten zahlreiche fundamentale Vorgänge auf wie Nukleationsprozesse, Instabilitäten sowie Morphologie- und Strukturänderungen. Streumethoden und optische Methoden erlauben es, diese Prozesse „in situ“ und in Echtzeit zu verfolgen, also während des Wachstums.
In der Natur entstehen Strukturen aufgrund von Wachstumsprozessen, die auf den verschiedensten Längen- und Zeitskalen stattfinden. Auf geologischen Zeitskalen bilden sich Gesteinsformationen oder Mineralien. In der belebten Welt spielen sich das Entstehen (und Absterben) von biologischem Gewebe sowie die Biomineralisation auf kürzeren Zeitskalen ab. Vielfach konkurrieren dabei verschiedene Prozesse wie Adsorption und Desorption mit jeweils unterschiedlicher Kinetik, sodass sich die resultierenden Strukturen oft nicht nur durch Gleichgewichtsargumente (z. B. ein Minimum der Freien Energie) erklären lassen. Wachstum findet im Nichtgleichgewicht statt, wobei die „Entfernung“ vom Gleichgewicht je nach Phänomen sehr unterschiedlich sein kann. Dies ist in der Welt der Technik mit den unzähligen Strukturen für die verschiedensten Anwendungen ähnlich. So arbeitet die Kristallzucht in der Regel vergleichsweise nah am Gleichgewicht, während Beschichtungsprozesse oder die Erzeugung komplexer Heterostrukturen oft relativ weit davon entfernt sind. Diese Prozesse mit ganz unterschiedlichen Wachstumsbedingungen sind für viele Bauelemente relevant, z. B. für Quantenpunkt- und Quantentopf-Laser in der (Opto-)Elektronik, Mehrschichtsysteme wie Bragg-Spiegel oder Chips mit verspannten SiGe-Schichten zur Erhöhung der Ladungsträger-Mobilität. Eine zunehmende Rolle spielen dünne Schichten organischer Halbleiter in LED-Beleuchtung, Display-Anwendungen sowie Solarzellen. Da hierbei meist mehrere dünne Molekülschichten aufeinander gewachsen werden, sind die Herausforderungen an das Wachstum komplex. ...
• 9/2016 • Seite 24Scharfe Linsen frisch gedruckt
Hochauflösende 3D-Drucker ermöglichen es, vielfältige polymerbasierte Mikrooptiken präzise herzustellen.
• 11/2005 • Seite 14
Chips von der RolleNichtflüchtige NanospeicherKorkenzieher für ThrombosenWandelbare Etiketten
• 3/2004 • Seite 14
Neuer Supraleiter hebt abFälschungssicher mit QuantenpunktenSilizium für Photonik-ChipsBiegsame Schaltkreise für elektronisches Papier
3/2004 • Seite 1
Maerz
Durch Laser-Anregung von Übergängen zwischen Atom- und Molekülzuständen lässt sich aus einem atomaren Bose-Einstein-Kondensat ein molekulares erzeugen. (vgl. S. 33)
2/2004 • Seite 1
Februar
Zellen, wie hier rote und weiße Blutzellen, besitzen erstaunliche mechanische und elastische Eigenschaften. (vgl. S. 35, Foto: Dennis Kunkel Microscopy, Inc.)
• 5/2009 • Seite 23
Karrieren in der Krise
Nach einem langen Niedergang hat Qimonda Insolvenz angemeldet. Viele Physikerinnen und Physiker sind davon betroffen.
• 11/2003 • Seite 37
Wo ein Wille ist, ist auch ein Weg
Physikerinnen forschen in der nichtlinearen Optik, planen Schaltungen, simulieren Signalausbreitung, schreiben Anträge, fällen Technologieentscheidungen, schlichten Streit zwischen Mitarbeitern - und jonglieren nebenbei mit Kinderfrauen, Tagesmüttern und Krippenplätzen.
• 12/2005 • Seite 14
Besser durchleuchtetPapier mit BeleuchtungKältetechnik à la EinsteinRotlicht aus SiliziumlaserRekord bei Wirkungsgrad
• 2/2005 • Seite 12
Schnelle RFID-Funkchips aus PlastikErster Silizium-Laser auf einem ChipScanner für die Hosentasche100 Elektronen für ein Bit
• 4/2022 • Seite 17 • DPG-Mitglieder
Einhörner und Zentauren
Die EU-Kommission verabschiedet das Arbeitsprogramm für den Euro päischen Innovationsrat.
• 4/2022 • Seite 17 • DPG-Mitglieder
Chips für Europa
Die Europäische Kommission schlägt Maßnahmen vor, um die einheimische Halbleitertechnik zu stärken.
• 12/2002 • Seite 15
Si-Transistor mit 350 GHzSilizium-basierte LED bricht RekordComputer auf Glas?Blaue Laser leben länger
• 5/2008 • Seite 47
Elektronik von der Rolle
Die Idee, elektronische Schaltungen ähnlich wie die tägliche Zeitung zu drucken, fasziniert Forscher und Entwickler bereits seit Ende der 90er-Jahre. In großen Stückzahlen und preiswert hergestellt, würde die gedruckte Elektronik ganz neue Anwendungen ermöglichen: Funketiketten als Ersatz für den optischen Barcode, intelligente Joghurtbecher, die auf das abgelaufene Haltbarkeitsdatum hinweisen, elektronisches Papier oder fälschungssichere Verpackungen von Medikamenten.
• 4/2024 • Seite 13 • DPG-Mitglieder
USA: Keine Lieferung vom Mars?; Doch nur ein Teleskop; Mehr Chips produzieren
• 2/2025 • Seite 16 • DPG-Mitglieder
Licht statt Leiterbahn; Fehlendes Puzzlestück; Sehr empfindlich; Raus aus dem Labor
• 1/2004 • Seite 14
Papierdünne Solarzelle spart MaterialkostenQuantenkryptographie erlangt MarktreifeEinweg-Chips von der RolleMikro-Brennstoffzelle mit hoher Leistungsdichte
• 2/2003 • Seite 43
Umweltfreundliche Lichtquellen
Weltweit werden jährlich rund 14 Milliarden Lichtquellen verkauft mit einem Marktvolumen von etwa 23 Milliarden Euro. Den Löwenanteil machen dabei die Glüh- und Halogenlampen aus, die das Licht nur sehr ineffizient erzeugen. Da etwa 20 Prozent des weltweiten Bedarfs an elektrischer Energie für Lampen benötigt werden, birgt die Lichterzeugung ein riesiges Energiesparpotenzial: Durch den Einsatz effizienterer Lichtquellen wie Gasentladungslampen und Leuchtdioden (LEDs) ließe sich bis zu 70 Prozent der Energie zur Lichterzeugung einsparen. Die zentrale Aufgabe der Forschung ist es, Lichtquellen zu entwickeln, die hocheffizient sind und gleichzeitig aus umweltverträglichen Materialien bestehen, also etwa Gasentladungslampen, die ohne Quecksilber auskommen, und LEDs mit besserer Energieeffizienz und höherer Lichtausbeute.
• 7/2002 • Seite 18
Magnetfeldsensoren für die GroßserieLC- Displays der ZukunftKalte Glühbirne?Nanoröhrchen statt Silizium
• 3/2003 • Seite 16
Stapeln in der MikroweltSensor-Graffiti für den WindkanalAbstand halten mit schnellen ChipsAbstand verringern dank Kohlenstoff
• 2/2011 • Seite 21Rosige Aussichten für grünes Licht
Semipolare Gruppe-III-Nitride versprechen hocheffiziente grüne LEDs und Laserdioden.
Derzeit erleben wir eine Revolution im Beleuchtungsmarkt: Weiße Leuchtdioden, die auf der Konversion von blauem Licht beruhen, erobern zahlreiche Anwendungen im Sturm. Projektoren benötigen aber Lichtquellen für alle drei Grundfarben. Während intensive und hocheffiziente Laserdioden für blau und rot schon länger existieren, ist dies im grünen Spektralbereich bislang nicht der Fall.
In den vergangenen fünfzig Jahren haben Leuchtdioden (LEDs) und Laserdioden (LDs) eine stürmische Entwicklung genommen. Grundlage dafür waren und sind weiterhin Verbindungshalbleiter von Elementen der dritten und fünften Hauptgruppe unseres Periodensystems – die III-V-Halbleiter. In den ersten Jahrzehnten ermöglichten die Gruppe-III-Arsenide und -Phosphide wie AlGaAs oder AlGaInP große Fortschritte im gelb-roten bis infraroten Spektralbereich. Aber erst als es in den 1990er-Jahren gelang, Gruppe-III-Nitride wie GaN, AlN, InN und deren Mischverbindungen in hoher Qualität herzustellen, erschloss dies auch den kürzerwelligen sichtbaren und nahen ultravioletten Spektralbereich [1]. Diese Nitride haben inzwischen Galliumarsenid als technologisch wichtigsten Halbleiter neben Silizium abgelöst, vor allem deshalb, weil sich damit hocheffiziente Leuchtdioden für den sichtbaren Spektralbereich herstellen lassen. ...
• 6/2005 • Seite 45
Oxide - Tausendsassas für die Elektronik
Dank gewaltiger Fortschritte der Dünnschichttechnik ist es seit einem Jahrzehnt möglich, aus einer Vielzahl von Materialien hochwertige Schichten und Multilagenstrukturen zu wachsen. Die für elektronische Bauelemente zur Verfügung stehende Materialpalette hat sich dadurch wesentlich verbreitert und ist inzwischen außerordentlich reichhaltig. Die mit Oxiden erzielbaren Funktionalitäten sind sehr vielfältig und umfassen mit Piezoelektrizität, Sensoreigenschaften und elektrooptischem Verhalten sogar die Übergangsbereiche zur Mechanik, Optik, Chemie und Biologie. Die Halbleiterindustrie nutzt schon jetzt funktionale Oxide, beispielsweise Ferroelektrika für nichtflüchtige Speicher, und im Jahr 2007 sollen in den Transistoren der Laptops Hafnium-basierte Oxide als Gate-Dielektrika eingesetzt werden.
• 4/2003 • Seite 33
Mit Terabit pro Sekunde durch photonische Netze
Mit Glasfasertechnologie lassen sich enorme Datenmengen übertragen - mittlerweile sind Übertragungskapazitäten von mehr als 1 Terabit pro Sekunde über eine Distanz von 4000 km möglich. Doch Rauschen und nichtlineare Effekte beeinträchtigen die Signale erheblich. Deshalb ist es nur durch Kombination optischer Kompensatoren und elektronischer Signalrekonstruktion gelungen, die Reichweite faseroptischer Nachrichtenübertragungssysteme deutlich über 1000 Kilometer auszudehnen. Um zukünftig Telekommunikation und Internet- Datenverkehr über ein einheitliches Netz durchführen zu können, gilt es, die derzeit noch starr verschalteten photonischen Kommunikationsnetze so zu gestalten, dass sie auf schwankenden Bedarf flexibel reagieren können - möglichst mithilfe rein optischer Netzelemente.
• 1/2005 • Seite 12
Rekord mit Nanotube-TransistorBeamer für die WestentascheGeschrumpfter SRAM-SpeicherHandy als universelle Datenbox
• 11/2016 • Seite 35Leuchtende Türme
Dreidimensionale LEDs sorgen für hocheffiziente Beleuchtung.
Lichtemittierende Dioden (LEDs) haben sich als Leuchtmittel der Zukunft durchgesetzt. Sie können elektrische Energie viel effizienter in Licht umwandeln als herkömmliche Glühlampen oder Energiesparlampen. In Zukunft soll sich mit Hilfe eines dreidimensionalen Aufbaus der LEDs auf mesoskopischer Ebene der Wirkungsgrad sogar noch weiter erhöhen – bei deutlich geringeren Herstellungskosten.
Die Entwicklung von Weißlicht-LEDs ermöglichte Mitte der 90er-Jahre den Durchbruch einer völlig neuen Beleuchtungstechnologie: Solid State Lighting. Seitdem wurden LEDs aus Galliumnitrid (GaN) und Indiumgalliumnitrid (InGaN) Schritt für Schritt weiter entwickelt. Die aktive InGaN-Schicht in der LED selbst emittiert blaues Licht, das Leuchtstoffe wie Phosphor teilweise in gelbes Licht konvertieren – so entsteht weißes Licht. Dabei hatten in den späten 80er-Jahren nur wenige Forscher geglaubt, dass GaN sich als Halbleitermaterial für LEDs eignen könnte, weil es zu viele Probleme gab – von der Herstellung der Kristalle bis zur passenden Dotierung. Doch einige japanische Wissenschaftler gaben nicht auf und entwickelten die entscheidenden Prozessschritte: Sie ließen GaN kristallin auf Saphir aufwachsen und konnten es sowohl n- als auch p-dotieren. So entstand 1992 die erste blaue GaN/InGaN-LED [1]. Für diese Entwicklung erhielten Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura 2014 den Physik-Nobelpreis [2]. Nachdem sich die Forschung über ein Jahrzehnt lang vor allem auf die Steigerung der Ausgangsleistung fokussierte, entbrannte in den frühen 2000ern ein Wettrennen um Effizienzrekorde. Heutzutage erreichen kommerzielle GaN-Weißlicht-LEDs Effizienzen von über 160 lm/W, die besten Labormuster erzielen sogar über 300 lm/W [3]. Im Vergleich dazu schaffen typische Glühlampen nur 10 bis 20 lm/W: Sie benötigen für dieselbe Lichtmenge also über zehnmal mehr elektrische Energie (Infokasten „Lichtausbeute und Lichtstrom“).
Leuchtdioden für die Allgemeinbeleuchtung bestehen aus einer lichtemittierenden, sehr dünnen Schicht aus InGaN, die in einen pn-Übergang eingebettet ist. In dieser Schicht treffen freie Ladungsträger – Elektronen und Löcher – zusammen und rekombinieren vorwiegend strahlend, d. h. unter Aussendung eines Photons. Die Energie der Photonen, und damit die Farbe des Lichts, entspricht der Energie der Bandlücke der InGaN-Schicht. Aufgrund der Quantentrog-Struktur von InGaN treten Quantisierungsenergien auf und modifizieren diesen Wert weiter. Die aktive, leuchtende Schicht besteht aus einem oder mehreren Quantentrögen, weshalb die eingeprägten Bandverläufe und die damit verbundenen Potentialverläufe sowohl Elektronen als auch Löcher lokalisieren (Abb. 1). Dieses Design ermöglicht eine sehr effiziente strahlende Rekombination, die üblicherweise im blauen Spektralbereich bei etwa 450 nm liegt...
• 7/2006 • Seite 25
Wie Mikrochips riechen lernen
Sensoren auf Mikrochips können chemische Stoffe in Verbrennungsgasen ebenso detektieren wie in der Umgebungsluft, im menschlichen Atem oder bei industriellen Prozessen. Sie erkennen verbrauchte Luft in Besprechungszimmern und Hinweise auf Krankheiten im Atem. Fortschritte der Technologie lassen erwarten, dass uns solche Sensoren künftig im Alltag auf Schritt und Tritt begleiten werden.
• 1/2010 • Seite 31
Leuchten auf Energiesparkurs
Dank künstlichem Licht sind wir zwar unabhängig vom Tageslicht geworden. Heutzutage entfallen aber rund 20 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs auf die Beleuchtung. Lichtemittierende Dioden mit ihrer langen Lebensdauer, guten Farbwiedergabe und einer rasant steigenden Effizienz bieten nicht nur in puncto Design vielfältige Möglichkeiten, sondern sie verbrauchen auch deutlich weniger Energie als Glüh- oder Halogenlampen.
• 6/2006 • Seite 14
Brandwarnung nach KäferartDisplays aus Wasser und ÖlKühlender NanoteppichHolographisch konzentrieren
• 11/2002 • Seite 16
Tri-Gate-Transistoren für bessere Prozessoren?Optischer ZufallszahlengeneratorDurchbruch bei molekularen Speichern?Erster GaN-Nanodraht-Laser
• 4/2005 • Seite 29
Molekulare Bildgebung in der Medizin
Die moderne Medizin zielt mehr und mehr darauf ab, Krankheiten auf der Ebene molekularer Prozesse zu verstehen. Mit spezifischen Kontrastmitteln und entsprechenden bildgebenden Verfahren ist es mittlerweile möglich, biologische Prozesse auf zellulärer und molekularer Ebene darzustellen. Das Ziel der molekularen Bildgebung ist es, krankhafte molekulare Veränderungen zu erkennen, um Krankheiten frühzeitiger diagnostizieren und Therapien besser kontrollieren zu können.
• 2/2007 • Seite 14
Gedrucktes Papier, statt gedruckter BuchstabenBei der CD gespicktAnmutige Kristalle
• 1/2016 • Seite 23Quantenfluktuationen vermessen
Der direkte Nachweis von Quantenfluktuationen eröffnet neue Wege für Quantenoptik und Spektroskopie im Terahertzbereich.
• 5/2005 • Seite 16
Die Sonne bleibt draußenTerahertz-Wellen für mehr SicherheitAkku laden in einer MinutePhotodioden auf Zeitungspapier
• 9/2003 • Seite 14
Strom aus GülleNanopartikel gegen HitzeLeuchtendes SiliziumElektronische Öl-Verkostung
• 11/2024 • Seite 62 • DPG-Mitglieder
Integrable Techniques in Theoretical Physics
Bad Honnef Physics School
• 11/2024 • Seite 61 • DPG-Mitglieder
Frontiers in Correlative Material Characterization: Samples, Techniques, Instrumentation and Data Management
Italienisch-Deutsches WE-Heraeus-Seminar
• 11/2024 • Seite 61 • DPG-Mitglieder
Silicon Carbide: Classical and Quantum Technologies
816. WE Heraeus-Seminar
• 11/2024 • Seite 61 • DPG-Mitglieder
Nonequilibrium Dynamics of Micro- and Nanoparticles: Theory & Experiment
815. WE-Heraeus-Seminar
• 11/2024 • Seite 60 • DPG-Mitglieder
Advances in Quantum Simulation and Sensing with Ultracold Gases
813. WE-Heraeus-Seminar
• 11/2022 • Seite 22 • DPG-MitgliederSechs auf einen Streich
Ebnen siliziumbasierte Quantencomputer den Weg zur Skalierbarkeit?
• 4/2009 • Seite 33
Speichern ohne Fluchtgefahr
Seit ihrer Einführung vor 15 Jahren verdoppelt sich die Speicherdichte nichtflüchtiger Flash-Speicher kontinuierlich alle 12 Monate. Bislang gelang dies primär durch eine konventionelle Verkleinerung der Strukturen. Doch diese Skalierung ist in der letzten Zeit etwas ins Stocken geraten, weil sich der Lithographie große Herausforderungen stellen und vor allem, weil die Miniaturisierung klassischer Floating-Gate-Zellen an ihre Grenzen stößt.
• 1/2014 • Seite 35Spintronik in Graphen
Die ungewöhnlichen Eigenschaften von Spins in Graphen geben noch Rätsel auf, versprechen aber Anwendungen.
Graphen ist ein Material der Superlative: Es ist nicht nur das dünnste und stärkste bekannte Material, sondern auch ein extrem guter elektrischer Leiter. In Graphen lässt sich aber auch der Spin der Elektronen über außergewöhnlich lange Strecken nahezu ungestört transportieren. Dieser weitere Rekord macht Graphen interessant für die Spintronik, die nichtflüchtige Arbeitsspeicher oder eine deutlich geringere Wärmeentwicklung auf Chips verspricht.
Wer Bleistifte zum Schreiben benutzt, hat möglicherweise schon einmal Graphen hergestellt. Bleistiftminen bestehen – abgesehen von etwas Ton, mit dem sich die Härte beeinflussen lässt – aus Graphit, einem Festkörper ausschließlich aus Kohlenstoff. Anders als Diamant ist aber Graphit sehr stark anisotrop, denn es besteht aus atomar dünnen Lagen, welche aufeinander geschichtet und nur relativ schwach aneinander gebunden sind. Beim Schreiben mit dem Bleistift werden diese Lagen abgeschält, wobei man wohl nur selten genau eine einzelne Lage des Materials aufs Papier bringt. Vor etwa zehn Jahren ist es jedoch Andre Geim und Konstantin Novoselov gelungen, durch wiederholtes Ankleben und Abziehen von Klebeband einzelne Lagen von Graphen zu isolieren. Die beiden Physik-Nobelpreisträger von 2010 haben diese Lagen allerdings nicht auf Papier, sondern auf Siliziumoxid abgelagert, welches die Oberfläche von herkömmlichen Mikrochips aus Silizium bildet. Siliziumoxid einer bestimmten Dicke eignet sich deshalb sehr gut, weil sich darauf einzelne Graphenlagen von Schichten aus zwei und mehr Lagen mit einem optischen Mikroskop unterscheiden lassen. Erst die Möglichkeit, einzelne Graphenflocken zu präparieren und mit elektrischen Kontakten zu versehen, hat es erlaubt, die erstaunlichen Eigenschaften dieses extrem dünnen Materials zu erforschen. Dieses Forschungsfeld ist inzwischen groß und wird es wohl auch bleiben, denn im Oktober 2013 hat die Europäische Union das über eine Laufzeit von zehn Jahren mit insgesamt einer Milliarde Euro dotierte „Graphene Flagship“ zur weiteren Erforschung der Grundlagen und Anwendungen von Graphen auf den Weg geschickt.
Graphen ist ein perfekt zweidimensionales Material, welches aus einer einzelnen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht. Diese sind in der Ebene in einem hexagonalen Gitter angeordnet – ähnlich einer Bienenwabe (Infokasten „Struktur und Bandstruktur“). Neben dem mechanischen Abtrennen einzelner Schichten von Graphit mit der beschriebenen „Klebeband-Methode“ lässt sich Graphen auch durch epitaktisches Wachstum auf Siliziumkarbid oder durch Gasphasenabscheidung präparieren.
• 11/2002 • Seite 39
Mikrosystemtechnik im Automobil
Die Mikrosystemtechnik gilt weithin als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Manche prophezeihen ihr sogar eine ähnlich revolutionierende Wirkung auf Wirtschaft und Gesellschaft wie einst der Mikroelektronik. Auch wenn diese Erwartungen - nicht zuletzt aus physikalischen Gründen - übertrieben erscheinen, so ist zumindest in der Automobiltechnik diese Revolution in vollem Gange - und das nicht erst seit der weiten Verbreitung des Elektronischen Stabilitätsprogramms ESP.
• 3/2025 • Seite 35 • DPG-MitgliederIm Dreieck der Nachhaltigkeit
Das Design neuer elektronischer Komponenten sollte für zirkulare Prozesse ausgelegt sein.
Fortschritte in der Elektronik sichern unseren aktuellen Lebensstandard in allen Bereichen, insbesondere in der Kommunikation und Medizin. Die moderne Elektronik- und Halbleiterforschung adressiert inzwischen auch Strategien der Nachhaltigkeit, was ungeahnte wirtschaftliche Möglichkeiten eröffnet.
Das Stichwort Nachhaltigkeit ist derzeit in aller Munde. Die wachsende Weltbevölkerung mit ihrem steigenden Verbrauch an Ressourcen und der Klimawandel bedrohen grundlegend die bisherigen Konzepte des Wirtschaftens in den Industrienationen. Technische und wissenschaftliche Diskussionen kreisen in der Regel um ein Nachhaltigkeitsdreieck aus sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Argumenten. Daher besteht die Gefahr, die systemische Bedeutung der Natur- und Ingenieurwissenschaften für das Thema Nachhaltigkeit zu unterschätzen.
Bei der Analyse helfen drei Prinzipien bzw. Strategien der Nachhaltigkeit: die Effizienz, die Suffizienz und die weniger bekannte Konsistenz. Dabei verfolgt die Effizienz den Ansatz, die benötigten Ressourcen rentabler zu nutzen, sodass pro Endprodukt bzw. pro Nutzen weniger Ressourcen zum Einsatz kommen. Die Suffizienz fordert, den Konsum des Produkts zu reduzieren, um einen geringeren Schaden zu erreichen. Die Konsistenz strebt nach umweltfreundlicheren Technologien oder Produktvarianten, ohne die Effizienz zu steigern. Hierbei gilt es, bestehende natürliche Verfahren anzuwenden oder völlig neue Prozesse zu schaffen, die zum Beispiel Kreisläufe beinhalten. (...)
• 10/2004 • Seite 39
Kohlenstoff-Nanoröhrchen für die Mikroelektronik?
Allen Unkenrufen zum Trotz folgt die auf Silizium basierte Mikroelektronik noch immer dem Mooreschen Gesetz und entwickelt sich rasant weiter. Über kurz oder lang wird sie aber an inhärente physikalische Grenzen stoßen. Nanoröhrchen aus Kohlenstoff bieten das Potenzial für eine weitere Miniaturisierung, sofern es gelingt, sie mit definierten Eigenschaften reproduzierbar an einem vorbestimmten Ort abzuscheiden.
• 10/2007 • Seite 33
Mikroenergietechnik macht mobil
Während die Leistung von Computern und Speichermedien in den letzten Jahrzehnten exponentiell zugenommen hat, wächst die Kapazität von Batterien und Akkumulatoren vergleichsweise langsam. Neuartige Mikrosysteme haben aber das Potenzial, tragbare Geräte mit Energie zu versorgen, indem sie diese aus der Umgebung „ernten" oder mithilfe konventioneller Brennstoffe Strom erzeugen.
• 12/2014 • Seite 28Ein blaues Wunder
Für die Entwicklung der blauen Leuchtdiode erhalten Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura den Physik-Nobelpreis 2014.
Blaue Leuchtdioden waren bis Mitte der Neunzigerjahre exotische Bauelemente. Das einzige dafür verfügbare Festkörper-Material, Siliziumkarbid (SiC), war wegen seiner indirekten Band-lücke eigentlich ungeeignet. Daher blieben die blauen Leuchtdioden (LED) lichtschwach und ineffizient. Immerhin fanden sie sich als Fernlicht-Indikator in jedem Auto, waren anderweitig aber kaum nutzbar. Neue Hoffnung hatte der III-V-Verbindungshalbleiter Galliumnitrid (GaN) versprochen, der schon länger in der Forschung bekannt war.
Bereits in den Siebzigerjahren hatte es größere internationale Anstrengungen gegeben, GaN technologisch zu beherrschen. Damals ließen sich viele seiner grundlegenden Eigenschaften bestimmen. Zudem fand man heraus, dass sich GaN wegen seiner direkten Bandlücke sehr gut zur Lichterzeugung eignen sollte. An seiner technischen Beherrschung bissen sich jedoch alle Forscher die Zähne aus – fortan sah alles danach aus, dass GaN nur eine kurze Episode in der Geschichte der Optoelektronik bleiben würde.
Die stürmische Entwicklung dieses Gebietes hatte Anfang der Sechzigerjahre eingesetzt, als es gelungen war, Galliumarsenid (GaAs) und verwandte Halbleiter erfolgreich herzustellen. Technologen und Forscher hatten gelernt, Einkristalle aus GaAs oder Indiumphosphid (InP) zu ziehen, Substrate daraus herzustellen und n- sowie p-dotierte dünne kristalline Schichten von hoher Qualität (epitaktisch) darauf abzuscheiden. Erste Leuchtdioden und Halbleiterlaser entstanden, und rasch entwickelte sich daraus die optische Nachrichtentechnik mit Datenübertragung über Glasfasern. Im Zuge dieser Entwicklung gerieten LEDs etwas aus dem Fokus – Laser und die darin verwendeten Quantenstrukturen waren einfach mehr „sexy“. Dazu kam, dass die verfügbaren Materialien mit direkter Bandlücke nur den Spektralbereich vom nahen Infrarot bis zum Roten abdeckten. Daher war gar nicht daran zu denken, die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau mit effizienten LEDs zu erzeugen – und damit auch weißes Licht. ...
• 3/2002 • Seite 18
·Kettenantrieb auf Chips·Kühlschrank mit Magnet-Kühlung·Diode wandelt Wärme in Strom·Neuer Infrarot-Laser bei Zimmertemperatur ·Schalldämpfer für Heizungen
• 11/2011 • Seite 44Warmes Licht für kalte Tage
Vorbei sind die Zeiten, in denen Leuchtdioden Räume in ein kaltes, weißblaues Licht tauchten. Inzwischen gibt es fürs Wohnzimmer auch warmweiße LED-Leuchtmittel.
• 10/2009 • Seite 21Auf die Optik kommt es an
Die Photonik-Branche bietet Physikern vielfältige Möglichkeiten. Dabei sind Fachkenntnisse in Optik und Laserphysik essenziell.
Aufgereiht stehen die Maschinen im Vorführzentrum von TRUMPF in Ditzingen bei Stuttgart. In der lichten Halle surrt und zischt es. Förderbänder oder Saugheber füttern die Maschinen mit großen Blechen, die daraus unterschiedlichst geformte Teile ausschneiden und -stanzen. Kunden können hier Maschinen live erleben und sich ihre eigenen Musterteile fertigen lassen, bevor sie über einen Kauf entscheiden.
„Wir machen Löcher in Blech“: Auf diese prägnante Formel hat Berthold Leibinger, der 40 Jahre lang die Geschicke von TRUMPF leitete, einst die Mission des schwäbischen Familienunternehmens gebracht, das zu den größten Herstellern von Werkzeugmaschinen und Lasertechnik zählt. „Dabei sprechen wir von einem Blech, wenn die laterale Ausdehnung größer ist als die Dicke“, erläutert der Physiker Detlef Breitling und deutet auf ein handgroßes Zahnrad, das ein CO2-Laser aus einer 25 Millimeter dicken Stahlplatte ausgeschnitten hat. Dass diese Maschinen auch äußerst filigran arbeiten können, demonstriert Breitling mit einem nur knapp ein Zentimeter großen und an Details reichen Miniaturfahrrad, hergestellt mit der gleichen Maschine aus einem dünnen Blech. Besonders verbunden fühlt sich Breitling mit der TruMatic 7000, einer Kombimaschine, die Bleche sowohl stanzen
und umformen als auch mit dem Laser bearbeiten kann: An einem seiner ersten Arbeitstage bei TRUMPF vor knapp fünf Jahren nahm er an der „Kick-off Veranstaltung“ zu dieser Maschine teil, und inzwischen ist er als Projektleiter für eine neue Kombimaschine verantwortlich. ...
• 6/2003 • Seite 14
Morsen im PikosekundentaktMagnesium im AkkuLeuchtende MikropillenBlaues Leuchten im Chiplabor
• 10/2005 • Seite 43
Materialien für die Miniaturisierung
Immer komplexeren integrierten Schaltungen verdanken wir leistungsfähigere und schnellere Computer. Über viele Jahre blieben der grundsätzliche Aufbau der Bauelemente und die verwendeten Materialien nahezu unverändert und es genügte im Wesentlichen, die Strukturmaße zu verringern. Für eine Fortschreibung dieser Erfolgsgeschichte der Mikroelektronik bedarf es aber zunehmend neuartiger Materialien.
• 6/2007 • Seite 35
Mikroelektronik: kein Ende der Skalierung in Sicht
In den letzten Jahrzehnten folgte die Siliziumtechnologie ohne signifikante Verzögerungen dem Mooreschen Gesetz: Die elektronischen Schaltkreise wurden verkleinert und damit ihre Geschwindigkeit entsprechend erhöht. Inzwischen trifft die Strukturverkleinerung allerdings an physikalische Grenzen, sodass neue Materialien sowie innovative Integrations- und Bauelementkonzepte notwendig sind, um das Mooresche Gesetz weiterhin zu erfüllen.
• 1/2010 • Seite 23
Licht aus Kristallen
Seit über einhundert Jahren ist Elektrolumineszenz bekannt, also die Emission von „kaltem“ Licht aus einem Festkörper, durch den ein Strom fließt. Fast fünfzig Jahre dauerte es jedoch, bis die Entdeckung der III-V-Halbleiter wie Galliumarsenid erste kommerzielle Leuchtdioden (LEDs) ermöglichte. Und erst in den letzten Jahren haben hocheffiziente blaue LEDs den Weg bereitet für weiße Leuchtdioden, die aufgrund ihrer hohen Effizienz und Lebensdauer schon bald Glühlampen und andere Lichtquellen ablösen könnten.
• 2/2004 • Seite 43
Calciumfluorid für die UV-Lithographie
Lithographische Verfahren zur Herstellung von Mikrochips stellen bei immer kürzeren Wellenlängen für die immer kleineren Strukturen enorme Ansprüche an die Optik und das Material für die Linsen. Bei der lithographischen Fertigung der nächsten Generation möchte man UV-Licht mit der Wellenlänge 157 nm verwenden. Dabei ist Calciumfluorid das Material der Wahl für die dazugehörigen Optiken. Es lässt sich in großen und qualitativ hochwertigen Einkristallen herstellen. Da Calciumfluorid eine kubische Kristallstruktur besitzt, ist es eigentlich auch optisch isotrop. Jedoch induziert UV-Licht eine kleine Anisotropie, die es beim Design der Linsensysteme zu berücksichtigen gilt.