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
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Studienrichtung Mikroelektronik
Nanotechnik Sensorik
Mikro-/Nanoelektronik
Mikrosystem-technik
StudienrichtungMikroelektronik
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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
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Mikrosystemtechnik
Forschungsfelder
Mikro-/Nanoelektronik
Der Standort Dresden
Die Studienrichtung Mikroelektronik
Zusammenfassung
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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.
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1965: Die Anzahl der Transistoren auf einem Chip verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre.
Moores Law
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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!
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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
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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
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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
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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
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HerstellungEntwurf
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Front end (of line)
back end of line or inteconnect ormetallization
and back end or packaging
Vor der Herstellung: Der Entwurf
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Front end (of line)back end of line or inteconnect ormetallization
and back end or packaging
Prozessbereiche in der Herstellung von Halbleiterbau-elementen:
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Mikrosystemtechnik
Forschungsfelder
Mikro-/Nanoelektronik
Der Standort Dresden
Die Studienrichtung Mikroelektronik
Zusammenfassung
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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
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Die Mikrosystemtechnik – eine SchlüsseltechnologieMikromotor
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Mikrosystemtechnik
Forschungsfelder
Mikro-/Nanoelektronik
Der Standort Dresden
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Zusammenfassung
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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
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Forschungsfelder der Mikro- und Nanoelektronik 2020
Nanopackaging
2D/3D-Integration
relevante Bio-/Nanotechniken
Nanoopto-elektronische Baugruppen
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Forschungsfelder der Mikro- und Nanoelektronik 2020
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
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Forschungsfelder der Mikro- und Nanoelektronik 2020
Nanosystementwurf
Multiskaliger Entwurf (Milli - Nano)
heterogener 3D-Entwurf
zuverlässige Systeme auf der Basis unzuverlässiger Komponenten
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Forschungsfelder der Mikro- und Nanoelektronik 2020
Sensorik/Nanosensorik
neue Sensoreffekte
Selbstüberwachung, -kalibrierung
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Mikrosystemtechnik
Forschungsfelder
Mikro-/Nanoelektronik
Der Standort Dresden
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Zusammenfassung
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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
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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
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Mikrosystemtechnik
Forschungsfelder
Mikro-/Nanoelektronik
Der Standort Dresden
Die Studienrichtung Mikroelektronik
Zusammenfassung
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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
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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
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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.
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Lehre und Forschung in modernen Labors an der TUD
34
400 m2 Reinraum im IHM (Mierdel-Bau)
NaMLab gGmbH
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Lehre und Forschung in modernen Labors an der TUDLaborneubau: Fertigstellung Q4/2013
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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
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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
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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
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Multimodales Touchpad
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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
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Mikrosystemtechnik
Forschungsfelder
Mikro-/Nanoelektronik
Der Standort Dresden
Die Studienrichtung Mikroelektronik
Zusammenfassung
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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
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Kontakt:
Prof. Johann W. BarthaMIE [email protected](0351) 463 35292
oder
Dr. Barbara AdolphiMIE [email protected](351) 463 36337