Die aktuellen Entwicklungen in der Mikroelektronik zeichnen sich durch innovative Ansätze aus, die sowohl technische Fortschritte als auch umweltfreundlichere Herstellungsverfahren integrieren. Ein Beispiel für solch eine Vorreiterrolle ist die Forschungsinitiative an der Technischen Universität Ilmenau, die unter der Leitung von Dr. Ulrike Brokmann und Dr. Christoph Weigel steht. Ziel dieser Initiative ist es, umweltschädliche Chemikalien in der Mikroelektronik zu reduzieren, insbesondere fluorhaltige und klimaschädliche Prozesstechnologien. Daraus ergeben sich neue Wege für die Entwicklung reaktiver Ionenätzprozesse, die für die Mikrochipfertigung entscheidend sind (uni-heute.de).
Im Zentrum dieser Forschungsarbeit steht der effektive Umgang mit schädlichen Emissionen und der Einsatz alternativer Materialien, wie Glas, die in der Mikroelektronik bislang wenig verwendet wurden. Der Fokus liegt auf der genauen Bearbeitung von silikatischen Gläsern und Glaskeramiken, wodurch schädliche Prozessgase vermieden werden sollen. Diese Bemühungen stehen nicht nur im Kontext der Mikroelektronik, sondern haben auch weitreichende Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit digitaler Technologien allgemein. Digitale Innovationen können bis zu 34 % des Treibhausgasausstoßes bis 2030 einsparen (elektronikforschung.de).
Herausforderungen in der Chip-Produktion
Im Produktionsprozess von Mikrochips stehen Forscher und Ingenieure vor erheblichen Herausforderungen. Ein besonders risikobehafteter Schritt ist das Durchätzen des Wafers; hierbei müssen Strukturen freigeschnitten werden, damit Sensoren korrekt funktionieren. Dies erfordert, dass die Strukturen schwingen können, was technische Schwierigkeiten mit sich bringt. Der Einsatz aggressiver Ätzmethoden wie dem SF6-Bosch-Ätzprozess wird oft durch die schonende Technik des XeF2-Ätzprozesses ergänzt. Letzterer hat den Vorteil, empfindliche Strukturen ohne nennenswerten Energieeintrag bearbeiten zu können (tu-ilmenau.de).
Vorversuche am Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien führten zu einem Prozesstransfer zu Hahn-Schickard im Schwarzwald. Der finale Schritt zur Fertigstellung des Mikrochips fand in Schottland beim Anlagenhersteller memsstar statt. Letztendlich profitierte der Kunde Endress+Hauser von einer Neuentwicklung, die als Hochrisikoprojekt eingestuft wurde. Der Test der neu entwickelten Sensoren dauerte etwa drei Jahre, wobei die Erfolgsaussichten von wenigen Sekunden abhing. Diese Sensoren erfüllen spezifische Anforderungen des Auftraggebers und stellen damit eine einzigartige Entwicklung dar, da vergleichbare Magnetometer nicht existieren.
Nachhaltigkeit in der Mikroelektronik
Die Dringlichkeit nachhaltiger Lösungen in der Mikroelektronik wird nicht nur von den Forschern in Ilmenau erkannt, sondern auch in einer breiteren Perspektive. Die Informations- und Kommunikationstechnologie war 2019 für 3,7 % der globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Gleichzeitig zeigt eine Studie, dass der Energieverbrauch in diesem Sektor zwischen 2015 und 2020 um 9 % pro Jahr anstieg. Innovative Ansätze zur Verbesserung der Kommunikationstechnik und der Leistungselektronik sind daher entscheidend, um den Energiebedarf zu senken und die Nachhaltigkeit der Systeme zu gewährleisten (elektronikforschung.de).
Initiativen wie das Kompetenzzentrum GreenICT@FMD in Deutschland fördern den Transfer von Forschungsergebnissen zu umweltfreundlichen IKT-Systemen. In diesem Zusammenhang wird auch die Entwicklung ressourcenschonender Verfahren zur Datenverarbeitung als zentral für die Zukunft der Informations- und Kommunikationstechnologien betont. Schließlich wird die Verbindung von Forschung und Wirtschaft als Schlüssel zu innovativen, nachhaltigen Lösungen identifiziert.
Das alles unterstreicht die bedeutende Rolle von Ländern wie Deutschland und den Initiativen in Europa im Kontext der technologischen Souveränität innerhalb der Grünen IKT. Es bleibt abzuwarten, welche Lösungen die fortschrittlichen Forschungen an der TU Ilmenau in der Mikroelektronik langfristig hervorbringen werden. Dennoch zeigt sich bereits jetzt, dass der Fokus auf Nachhaltigkeit nicht nur für die Umwelt von Vorteil ist, sondern auch das Potential hat, die Branche insgesamt zu transformieren.
