Am 12. April 2012 wurde in Abu Dhabi das gemeinsame
Forschungsprojekt „TwinLab“ der TU Dresden und des Masdar
Institute of Science and Technology (Abu Dhabi) vom
Sächsisch-Emiratischen Ausschuss und einer sächsischen
Delegation unter Leitung des Staatsministers Dr. Johannes
Beermann feierlich eröffnet. Das gemeinsame Ziel der
Wissenschaftler des „TwinLab“ ist die Entwicklung von
Technologien und Herstellungsverfahren für sogenannte
3-D-Chips, die für die Halbleiterindustrie einen Durchbruch
bedeuten könnten.
Bereits im Jahr 2011 beschlossen die Regierungen von Sachsen
und des Emirats Abu Dhabi, die Zusammenarbeit beider Länder zu
intensivieren. So entstand die Idee, ein gemeinsames
Forschungsprojekt „TwinLab“ zu entwickeln, von dem ein Teil in
Dresden und der andere Teil in Abi Dhabi realisiert wird. In
beiden Einrichtungen werden anfangs je zehn bis zwölf
Doktoranden arbeiten. Ein großes Anliegen des Projektes ist es,
den Austausch zwischen den Nachwuchswissenschaftlern zu
fördern. So werden die Dresdner ein paar Monate in der
Wüstenregion forschen und die Forscher aus Abu Dhabi an die TU
Dresden kommen. Gerhard Fettweis, Professor für Mobile
Nachrichtensysteme an der TU Dresden und einer der Gründer des
„TwinLab“, hat große Pläne für sein Projekt: „Es soll als
Katalysator für eine intensivere Zusammenarbeit verstanden
werden. Unser 'TwinLab' ist das erste gemeinsame
Forschungsprojekt, das wir zwischen Sachsen und Abu Dhabi
aufgebaut haben. Wir hoffen, dass sich unser Modell so
erfolgreich entwickelt, dass es zum Vorbild für weitere
'TwinLab' wird, die sich dann auch anderen herausfordernden
Themen widmen können.“
Im „TwinLab“, das man auch als „Zwillingslabor“ übersetzen
könnte, wollen die Forscher an einem wirtschaftlich
hochinteressanten Thema arbeiten – an der Entwicklung und
Herstellung von sogenannten 3-D-Chips. In der
Halbleiterindustrie verwendet man heutzutage meist
Schaltkreise, die flächig auf einem Chip angeordnet sind. Dafür
benötigt man allerdings eine Menge Platz. Der heutige Trend
erfordert jedoch immer kleinere und noch leistungsfähigere
Komponenten. Aus diesem Grund wollen die Wissenschaftler um
Professor Gerhard Fettweis und Steve Griffith (Masdar
Institute, Abu Dhabi) „Chip-Türme“ bauen. Durch diese
3-D-Bauweise kann man viel mehr Schaltkreise auf einer
kleineren Fläche unterbringen. Weiterhin kann man durch die
neuartige 3-D-Bauweise mehrere verschiedene Wafermaterialien in
einem „Chip-Turm“ einbauen. Dadurch können elektronische
Schaltungen, die heutzutage noch mehre Chips benötigen, zu
einem einzelnen Chip zusammengefasst werden. Zusätzlich
erreicht man eine viel effizientere Nutzung des Stroms, das
heißt, Energieverluste werden stark reduziert. Im Endeffekt
wird damit also auch Strom gespart. Diese neue kompakte
Bauweise hat aber noch einen viel bedeutenderen Vorteil. Die
einzelnen Schaltkreise liegen nun räumlich so nah beieinander,
dass allein durch die eingesparten Wege, die die Signale
zurücklegen müssen, eine viel höhere Datenrate erzielt werden
kann. Besonders die Silizium-Durchkontaktierung, also die
elektrische Verbindung zwischen Metall und dem Silizium des
Wafers, spielen im 3-D-Chip-Stapel eine enorm wichtige Rolle.
Das Ziel ist es hier, Module (Design-Blöcke) für effiziente
Signalschnittstellen zwischen verschiedenen Chips in einem
Halbleiterchip-Stapel zu entwickeln. Diese Schnittstellen
müssen gut an die Materialeigenschaften der einzelnen Chips
sowie an die elektronischen Schaltkreise im Chip-Stapel
angepasst werden. Dafür werden die Forscher viele Kombinationen
aus unterschiedlichen Materialien, Halbleitertechnologien,
Verdrahtungstechniken und Silizium-Durchkontaktierungen
untersuchen und testen müssen.
Die geplanten Forschungsergebnisse des „TwinLab“ sind neue
3-D-Chip-Technologien, die dann ohne größeren Aufwand in die
industrielle Produktion übertragen werden können. Doch bis es
soweit ist, werden sich die Forscher in den kommenden Jahren
noch einigen wissenschaftlichen Herausforderungen stellen
müssen. Die sächsische Gruppe des „TwinLab“, die vom
Europäischen Sozialfonds (ESF) mit 2,4 Millionen Euro für drei
Jahre gefördert wird, begann bereits am 1. März 2012 als
ESF-Nachwuchsforschergruppe „3-D-Chip-Stack Intraconnects“ am
Projekt zu arbeiten. Sie soll die Forschergruppe des Masdar
Instituts wissenschaftlich ergänzen. Zur Dresdner
Forschergruppe zählen zehn Doktoranden, die von den
TUD-Professoren Fettweis, Bartha, Ellinger, Plettemeier und
Schüffny wissenschaftlich betreut werden.
In Abu Dhabi wird parallel dazu die Reduzierung des
Energieverbrauchs bzw. geringer Leistungsaufnahme von
3-D-integrierter Mikroelektronik in einer Vielzahl von
Anwendungsszenarien für Computing, Kommunikation,
Datenspeicherung und Sensorik untersuchen.
Informationen für Journalisten:
Technische Universität Dresden
Prof. Gerhard Fettweis
Tel.: +49 351 463-41000
fettweis@ifn.et.tu-dresden.de
