VorstStR Miko web 2012 - TU Dresden · Die Studienrichtung Mikroelektronik Fakultät Elektrotechnik...

Die Studienrichtung Mikroelektronik

Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Studienrichtung Mikroelektronik

Prof. Dr. Johann W. BarthaProf. Dr.-Ing. Thomas Mikolajick

TU Dresden, Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik


Nanotechnik Sensorik

Mikro-/Nanoelektronik

Mikrosystem-technik

StudienrichtungMikroelektronik


Professuren der SR Mikroelektronik

Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik

Prof. Dr. rer.nat . Johann W. BarthaHalbleitertechnikProf. Dr.-Ing. habil. Wolf-Joachim FischerMikrosystemtechnik/FhG Prof. Dr.-Ing. Hubert LaknerOptoelektronische Bauelemente/FhGProf. Dr.-Ing. Andreas RichterPolymere MikrosystemeProf. Dr.-Ing. Thomas MikolajickNanoelektronische Materialien/Namlab GmbH

Institut für Festkörperelektronik

Prof. Dr.-Ing. habil. Gerald GerlachFestkörperelektronik/Sensorik

Institut für Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik

Prof. Dr.-Ing. habil. Frank EllingerSchaltungstechnik und NetzwerktheorieProf. Dr.-Ing. habil. Michael SchröterElektronische Bauelemente und Integrierte SchaltungenProf. Dr.-Ing. habil. Rene SchüffnyHochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik

Institut für Aufbau – und Verbindungstechnik

Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus WolterAufbau- und VerbindungstechnikProf. Dr. Norbert MeyendorfZerstörungsfreie Prüfung/FhGJun. Prof. Dr.-Ing. Henning HeuerSensorsysteme für die zerstörungsfreie Prüfung und Strukturüberwachung


Mikrosystemtechnik

Forschungsfelder


Der Standort Dresden


Zusammenfassung


SMS-Card(Standard Modular System) IBM 1959

Jack KilbyTexas Instr. 1958

Robert NoyceFairchild 1959

1958/59: Die Erfindung des integrierten Schaltkreises

Der Weg zum integrierten Schaltkreis, Produkt und Produktion werden voneinander unabhängig – das war völlig neu.


1965: Die Anzahl der Transistoren auf einem Chip verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre.

Moores Law


Richard Feynman´s VisionIm Jahr 1959 hielt der theoretische Physiker Richard Feynmen einen legendären Vortrag in dem er mit dem Satz „There´s Plenty of Room at the Bottom“ zum Einstieg in ein neues Gebiet der Physik, das Gebiet der Mikrostrukturen aufgerufen hat.

Aus Feynman`s VortragRichard Feynman

http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.htmlMikro- und Nanotechnologie lohnt sich (wirtschaftlich) und macht jede Menge Spaß!


IBM researchers pushed the limits of scaling using relatively conventionaltechnology, fabricating a 6 nm gate-length planar single-gate transistor withgood MOSFET characteristics. The greatest departure from standard processingwas the use of selective epitaxial silicon to form the raised source/drain. (Source: IBM)

More Moore


Skalierung durch neue Materialien

In der 90nm Generation wurde das aus Leckstromgründen mögliche Minimum der Gateoxoiddicke erreichet (ca. 12-14 Å ~ ca. 3-4 Molekülagen). Diese Dicke wurde in der65nm Generation beibehalten. Eine weitere Skalierung erfordert die GrundsätzlicheNeugestaltung der MOS Struktur

MOS Transistor der 65nm Generation Skalierung der Gateoxiddicke und des Leckstromes

Oxi

ddic

ke in

nm


Im MOS Stapel muss nicht nur das Gateoxid sondern auch die Gateelektrode durch ein neues Material ersetzt werden. Dies ist die größte Materialinnovation seit Einführung der MOS Technologie. In Zukunft muss der MIS Stapel in jeder Generation mit Materialinnovationen verbessert werden

MIS Stapel für die 45nm GenerationTransistorskalierung 65nm 45nm 32nm

Skalierung durch neue Materialien


In der 22nm Generation wird INTEL erstmals einen 3D Transistor einsetzen

Planartechnologie ist nicht mehr ganz so planar

Prinzip eines Tri-Gate FET Querschnitt eines Tri-Gate FET SRAM mit Tri-Gate FET


HerstellungEntwurf


Front end (of line)

back end of line or inteconnect ormetallization

and back end or packaging

Vor der Herstellung: Der Entwurf


Front end (of line)back end of line or inteconnect ormetallization

and back end or packaging

Prozessbereiche in der Herstellung von Halbleiterbau-elementen:


Mikrosystemtechnik

Forschungsfelder




Zusammenfassung


Ein Mikrosystem besteht aus der Kombination von Elektronik, Mikrooptik, Sensorenund Aktoren. Die englische Bezeichnung lautet MEMS (micro electromechanical system).

Mikrosysteme

Systemfähige

Aktoren

Signalverarbeitende

Komponente

Systemfähige

Sensoren

AnwendungsfelderFertigungs- und

Verfahrenstechnik

Verkehrstechnik

Sicherheitstechnik

Umwelttechnik

Haustechnik

Medizintechnik

Kommunikation

Materialien und Effekte

Mikro-techniken

System-techniken

Definition eines Mikrosystems


Die Mikrosystemtechnik – eine SchlüsseltechnologieMikromotor


Mikrosystemtechnik

Forschungsfelder




Zusammenfassung


Forschungsfelder der Mikro- und Nanoelektronik 2020

Polymerelektronik

halbleitende und leitfähige Polymereorganische LED

organische Sensorenund Aktoren

Sirakawa, Heeger und MacDiarmid erhöhten 1977 die Leitfähikeit von Polyacetylen durch Dotierung

2000 Nobelpreis

Taktiles Display (Hydrogele)OLED organische Solarzelle



Nanopackaging

2D/3D-Integration

relevante Bio-/Nanotechniken

Nanoopto-elektronische Baugruppen



Bioelektronik/-packaging

(Graduiertenkolleg Nano-und Biotechniken für das Packaging elektronischer Systeme)

E. coli

Isolierung der Fusionsproteine

Assemblierung und Anlagerung von Metallen

Metallbindedomäne

S-Layer MonomerMetallisierte

DNA



Nanosystementwurf

Multiskaliger Entwurf (Milli - Nano)

heterogener 3D-Entwurf

zuverlässige Systeme auf der Basis unzuverlässiger Komponenten



Sensorik/Nanosensorik

neue Sensoreffekte

Selbstüberwachung, -kalibrierung


Mikrosystemtechnik

Forschungsfelder




Zusammenfassung


Jobs in der Mikroelektronik ?

Dresden ist Europas Hauptstadt in der Mikroelektronik !

Allein im Raum Dresden:

•Infineon Dresden

• Globalfoundries

•X-Fab

• ZMD Zentrum Mikroelektronik Dresden

• AMTC Advanced Mask Technology Center

• MPD Mikroelektronik Packaging Center

• Siltronic Freiberg

• CNT Center for Nanoelectronic Technology (FhG)

• NaMLab

- 235 Mitglieder

- 17.000 Mitarbeiter in diesen Firmen

- 3 Mrd.€ Umsatz


Aktuelle Standortentwicklung Derzeit ca. 45.000 Beschäftigte im Hightech-Bereich Aktuell wieder Mangel an hochqualifizierten

Mitarbeitern

10.000

0

1990 2002 2007 2009 2011 2013 2015

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

Arbeitsplätze (aktueller Trend)Arbeitsplätze (Potenzialll)

Arbeitsplatzentwicklung undPrognose(Arbeitsplätze 1990 – 2015) 46% Jährliche Wachstumsrate 2006-2011


Mikrosystemtechnik

Forschungsfelder




Zusammenfassung


Studienrichtung Mikroelektronik: Pflichtmodule, gültig für alle ET-Studenten

Modul-Nr. Modulname 4. Sem.V/U/P

5. Sem.V/U/P

6. Sem.V/U/P

7. Sem.V/U/P

8. Sem.V/U/P

9. Sem.V/U/P

10. Sem.

LP

PflichtbereichET-12 02 01 Theoretische Elektrotechnik 2/2/0

PL2/2/0 PL

10

(5+5)ET-12 02 02 Numerische Mathematik 2/1/0

PL

4

ET-12 08 04 Schaltungstechnik 4/2/0 PL

0/0/2 PL

10

(7+3)ET-12 08 06 Mess- und Sensortechnik 2/1/1

PL, PL4

ET-12 BP Berufspraktikum PL, PL 26

ET-12 STA Studienarbeit PL 12

ET-12 AQUA1 Allgemeine Qualifikationen 2/4/0

PL

6

(2+4)ET-12 AQUA2 Allgemeine und

ingenieurspezifische Qualifikationen (AQUA)

2/3/0

PL

5

ET-30 10 02 02 Einführung in die Berufs- und

Wissenschaftssprache 2 PL

3


Studienrichtung Mikroelektronik: Pflichtmodule, gültig nur für Studienrichtung Mikroelektronik

Modul-Nr.Modulname

5. Sem.V/U/P

6. Sem.V/U/P

LP

ET-12 08 12 Integrierte Analogschaltungen 2/2/0PL

4

ET-12 06 02 Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik 2/0/0 0/0/22 PL

4

ET-12 08 13 Physik ausgewählter Bauelemente 2/1/0 2/0/02 PL

6

ET-12 08 20 Rechnergestützter Schaltkreisentwurf 2/1/0 2/0/22 PL

8

ET-12 12 01 Mikrosystem- und Halbleitertechnologie 2/0/0PL

6/1/32 PL

12

ET-12 08 15 Hauptseminar Mikro- und Nanoelektronik 0/2/0 PL

4

Summe LP 15 23 38


Studienrichtung Mikroelektronik: Wahlpflichtmodule

Modul-Nr. Modulname8. Sem.V/Ü/P

9.Sem.V/Ü/P

LP

ET-12 05 11 FEM – Probabilistische Simulation und Optimierung 2/4/0 7

ET-12 08 14 Charakterisierung und Modellierung elektronischer Bauelemente 2/2/2 7

ET-12 08 16 Radio Frequency Integrated Circuits 3/1/2 7

ET-12 11 01 Festkörper- und Nanoelektronik 4/2/0 7

ET-12 11 03 Ultraschall 4/1/1 7

ET-12 12 02 Entwurf von Mikrosystemen 4/2/1 7

ET-12 12 03 Angewandte Dünnschicht- und Solartechnik 6/0/0 7

ET-12 12 04 Speichertechnologie 2/1/0 2/1/0 7

ET-12 05 09 Entwurfsautomatisierung 2/4/0 7

ET-12 06 07 Hybridintegration 4/0/2 7

ET-12 08 17 Integrated Circuits for Broadband Optical Communications 3/1/2 7

ET-12 08 19 VLSI-Prozessor-Entwurf 2/2/2 7

ET-12 11 02 Theoretische Akustik 3/3/0 7

ET-12 11 04 Sensoren und Sensorsysteme 4/1/1 7

ET-12 11 05 Plasmatechnik 4/2/0 7

ET-12 12 05 Charakterisierung von Mikrostrukturen 6/0/1 7

ET-12 12 06 Neue Aktoren und Aktorsysteme 4/1/1 7

ET-12 12 07 Innovative Konzepte für aktive Bauelemente der Nanoelektronik 4/2/0 7

Aus diesem Wahlkatalog müssen 5 Module abgeschlossen werden. Die Diplomarbeit wird im 10 Semester geschrieben.


Lehre und Forschung in modernen Labors an der TUD

34

400 m2 Reinraum im IHM (Mierdel-Bau)

NaMLab gGmbH


Lehre und Forschung in modernen Labors an der TUDLaborneubau: Fertigstellung Q4/2013


Substrates

Heater

Ar/O2 Pump

10 rpm

ZrDoping

PbTi

DC DC DC RFO2 O2

Deposition parameters:Ti-Target power: 2000 W,Ar gas flow rate: 75 sccm,O2 gas flow rate: 20 sccm,Total pressure: 610-3 mbar,Substrate temperature: 20, 70, 140°C,Deposition time: 2 min, Rotational speed: 10 rpm

Herstellung und Entwicklung verschiedenster Sensoren im Institut für Festkörperelektronik


Tätigkeitsprofil in der Forschung der Professur Schröter (ElektronischeBauelemente und Integrierte Schaltungen) :

Kompaktmodellentwicklung für HF-Schaltungen On-Wafer Hochfrequenz-Messungen von BE bis 220 GHz Untersuchung der Wirkungsprinzipien in BE der Mikro- und Nanoelektronik und deren Modellierung Entwicklung von Software für die computergestützte BE-Modellierung und den Schaltungsentwurf


Multimodale Displays an der Professur für Polymere Mikrosysteme

Adv. Mater. 21 (2009), 979

4.320 AktorpixelIntegrationsdichte 297 Elemente pro cm² (max. 560 E cm-2)intermodale Display-Funktionen: optisch: Transmissions-

Lichtmodulator (monochrom) kutan: OF-Weichheit

TopografieKonturen


Multimodales Touchpad


0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0

- 2 . 0

- 1 . 5

- 1 . 0

- 0 . 5

0 . 0

Inve

rter b

ias

[V]

t i m e [ s ]

V i n

V o u t

Beispiel: Rekonfigurierbare Nanodraht Transistoren

VDD

Vin

-VDD

Vout

p-type

n-type

Source

Drain

Gate 1

Gate 2

Si nanowire


Mikrosystemtechnik

Forschungsfelder




Zusammenfassung


Mikroelektronik = Prozessor-IC + Speicher-IC + viel,viel mehr

Viel,viel mehr = Sensorik + Mikrosystemtechnik + Nanoelektronik/-technik + noch viel mehr

Interdisziplinarität:Werkstoffe + Technologie + BE-Konzepte + Schaltungsentwurf + Systeme

Entwicklungstempo: vME vET

Dresden: Zentrum der MEDeutschland: Zentrum der Sensorik, MST

Schlussfolgerungen


Kontakt:

Prof. Johann W. BarthaMIE [email protected](0351) 463 35292

oder

Dr. Barbara AdolphiMIE [email protected](351) 463 36337

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