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Ideenschmiede für Mikrochips und Co.

14.04.2000 - (idw) Forschungszentrum Jülich

Neue Broschüre zum "Programm Grundlagenforschung zur Informationstechnik"

Aktien von Chipherstellern sind begehrt wie nie zuvor. Chipkarten dienen als Personalausweis, elektronische Geldbörse und Versicherungsschein in einem. Aus sperrigen PCs werden handliche Kästchen im Handy-Format. Und das mobile Plauderwerkzeug selbst entwickelt sich zum telekommunikativen Tausendsassa, mit dem der Benutzer nicht nur telefonieren, sondern auch faxen, E-Mails verschicken, im Internet surfen, Fernsehprogramme verfolgen oder im Straßenverkehr navigieren kann. Zu Entwicklungen wie diesen haben auch Ideen aus dem Forschungszentrum Jülich beigetragen. In dem interdisziplinären "Programm Grundlagenforschung zur Informationstechnik" (PGI) arbeiten in Jülich Physiker, Chemiker und Informatiker, Mathematiker, Werkstoffwissenschaftler und Ingenieure an neuen Konzepten für den Umgang mit Bits und Bytes. Eine noch druckfrische Broschüre stellt dieses Programm, seine Schwerpunkte und Ziele auf 16 Seiten allgemein verständlich vor.

Allein in Deutschland hat die Computer- und Telekommunikationsbranche 1999 einen Umsatz von mehr als 200 Milliarden Mark erzielt. Weltweit ist von drei Billionen die Rede. Während die Gewinne der einschlägigen Unternehmen wachsen, gilt für ihre Produkte das Gegenteil: Kleiner, schneller und billiger müssen sie mit jedem Innovationszyklus werden. Ein Beispiel: Wo früher in einem Schaltkreis gerade mal Platz für einen Transistor war, befinden sich heute mehr als 2000 elektronische Schalter. Doch immer deutlicher werden die Grenzen der Miniaturisierung sichtbar: Die Möglichkeiten, mit klassischen Halbleitermaterialien, Chip-Architekturen und Herstellungsverfahren noch kleinere und noch schnellere Rechnerbausteine zu produzieren, sind beinahe ausgereizt. Um die rapide zunehmenden Datenmengen auch in Zukunft bewältigen zu können, werden neue Ideen und Ansätze gebraucht. Diese entwickeln mehr als 200 Forscherinnen und Forscher in drei Jülicher Instituten: im Institut für Schicht- und Ionentechnik (ISI), im Institut für Festkörperforschung (IFF) und im Institut für Grenzflächen- und Vakuumforschung (IGV). Worum es dabei im Einzelnen geht, beschreibt die neue Broschüre.

Ein frühes Zwischenprodukt bei der Mikrochip-Herstellung sind geordnete Schichtsysteme aus halbleitenden, isolierenden oder leitenden Materialien. Viele dieser Schichten, aus denen in weiteren Schritten die Schaltkreis-Strukturen heraus modelliert werden, sind kaum mehr als wenige Atomlagen oder Nanometer (Milliardstel Meter) dick. Die Regeln und Gesetze genauer kennen zu lernen, nach denen diese hauchdünnen Schichten wachsen, ist das Ziel des Arbeitskreises Halbleiterschichten.

Einzelne Elektronen, die in so genannten "resonanten Tunneldioden" gefangen sind, entscheiden über Ja-Nein-Aussagen in künftigen Computer-Schaltkreisen. Sensormoleküle aus tierischen Sinnesorganen gehen Partnerschaften mit Halbleiterstrukturen ein. Entwicklungen wie diese sind in den Labors des Arbeitskreises Halbleiterbauelemente und Quantenstrukturen teilweise schon Wirklichkeit.


Keramikwerkstoffe sind nicht nur für Essgeschirr und Kunstobjekte gut. Neben mechanischer Festigkeit und Hitzebeständigkeit verfügt Keramik in dünnen Schichten auch über bemerkenswerte elektronische Eigenschaften, die die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Arbeitskreises Elektrokeramische Schichten und Bauelemente erforschen. Elektrokeramische Materialien bergen für Informationstechnik und Sensorik ein enormes Anwendungspotential. Neben nicht-flüchtigen Datenspeichern für Smart-Cards seien mit pyroelektrischen Infrarot-Augen, elektronisch schwenkbaren Antennen für den künftigen Einsatz als Kfz-Abstandsradar und selektiven Gas-Sensoren nur einige wenige Beispiele aus dem bunten Strauß der Anwendungsmöglichkeiten genannt.

Mit der Entdeckung des "Riesenmagnetowiderstands" hat der Jülicher Wissenschaftler Professor Peter Grünberg schon Mitte der 80er Jahre den Grundstein für den PGI-Arbeitskreis Magnetische Schichten und Magnetoelektronik gelegt. Was zunächst ein Ergebnis reiner Grundlagenforschung war, hat innerhalb weniger Jahre zu Festplatten mit einer früher kaum vorstellbaren Speicherdichte, zu neuartigen Drehgebern im Maschinenbau und Sensoren für Fahrzeuge geführt.

Im Arbeitskreis Supraleiter Schichtsysteme und Bauelemente arbeiten die Jülicher Wissenschaftler auf Hochtouren an neuen Bauelementen aus Werkstoffen, die bei Temperaturen flüssigen Stickstoffs (-196 °C) supraleitend werden, also ihren elektrischen Widerstand verlieren und so Strom praktisch verlustfrei transportieren. Die so genannten Hochtemperatur-Supraleiter gelten als Material der Wahl für kleine, leichte und leistungsstarke Filter-Module für den Mobil- und Satellitenfunk. Auf dem Gebiet der Medizin sind diese Materialien in Sensoren für verschwindend kleine Magnetfeldänderungen in der Erprobung. Mit ihrer Hilfe gewinnen Ärzte Informationen über versteckte Herzfehler bei Patienten. Die Informationstechnik ist vielseitig; einen Überblick geben die 16 Seiten der neuen Broschüre.

(Hinweis: Journalisten in unserem Presseverteiler erhalten ihr Exemplar in den nächsen Tagen automatisch; Anforderung ist nicht erforderlich!)

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