TU Berlin und Fraunhofer IZM Deutschlands erstes Fachgebiet für Polytronische Mikrosysteme im Bereich Elektotechnik

Redakteur: Wolfgang Leppert

Seit einigen Jahren forscht die Wissenschaft intensiv an der Vision vom „intelligenten Plastik“. Versucht wird, elektronische Systemfunktionen auf Kunststoffbasis zusammenzuführen. Die „Polytronik“ bekräftigt den Anspruch einer vorwiegend polymeren Elektronik. Die TU Berlin und das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) konnten jetzt den weltweit renommierten Experten für polytronische Systeme, Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Bock, gemeinsam gewinnen.

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Neben seiner Professur an der TU Berlin leitet Prof. Bock gleichzeitig die Abteilung „Polytronische Systeme“ des Fraunhofer IZM. Der Aufbau der Arbeitsgruppe und eines „Labors für Polytronische Mikrosysteme“ erfolgt derzeit am Forschungsschwerpunkt für Mikroperipherik der TU Berlin. Ziel der Forschungsarbeiten sind die Entwicklung kostengünstiger industrierelevanter Bauelemente und Prozesse beispielsweise in (Bio-)Sensoren und Aktuatoren im polymeren Werkstoffverbund.

Dabei machen sich die Forscherinnen und Forscher um Prof. Bock bislang weniger bekannte Kunststoff-Eigenschaften zunutze. Denn wurden Polymer-Materialien in der Elektronik lange Zeit vor allem als Isolatoren verwendet, sind sie mittlerweile auch als elektrische Leiter mit ähnlichen Eigenschaften wie metallische Werkstoffe, als Leuchtmaterial (OLED und Solarzellen) mit elektrolumineszenten, elektrophorethischen und photovoltaischen Eigenschaften oder für Transistoren mit halbleitenden Eigenschaften einsetzbar.

Multifunktionale Bauelemente sind das Besondere

Neben diesen bereits in der Technologie-Entwicklung genutzten Eigenschaften können Kunststoffe darüber hinaus eine Vielzahl zusätzlicher Funktionen wie piezoelektrische, elektrochrome und ähnliche Eigenschaften erfüllen. Eine ganz besondere Eigenschaft ist aber die Möglichkeit, verschiedene dieser Funktionen in einem einzigen Bauelement zu kombinieren und somit multifunktionale Bauelemente für Mikrosysteme in vielen Bereichen des täglichen Lebens zu ermöglichen.

Die fortschreitende Entwicklung von innovativen Handhabungstechniken für sehr dünne Halbleiterbauelemente wird es in Zukunft darüber hinaus ermöglichen, ultra-dünne Schichten aus verschiedenen konventionellen Halbleitermaterialien in einem multifunktionalen elektronischen System zu integrieren. So könnten durch die Kombination von wenigen Mikrometer dünnen Schichten aus Silizium, Galliumarsenid, polymeren Funktionsmaterialien und elektrisch und optisch aktiven polymeren Halbleiterebenen extrem miniaturisierte Elektroniken mit hoher Rechenleistung und/oder sehr schnellen Datenübertragungsraten oder aber auch vielen verschiedenen integrierten Funktionen – zum Beispiel in Richtung opto-elektronischer integrierter Mikrosysteme – realisiert werden.

Neue Anwendungen mit kostengünstigen Technologien

Polytronische Mikrosysteme beflügeln etwa die RFID-Technologie. (Archiv: Vogel Business Media)

Autarke Sensornetze in Kombination mit RFID-Technologie führen zu neuen Anwendungen in der Logistik, Prozess- und Medizintechnik. Die Technologien zur preiswerten Umsetzung dieser Anwendungen reichen von ultra dünnen Siliziumchips im polymeren Folienpackage bis zu polymerelektronischen Schichtsystemen. Deren Fortentwicklung bis zu kostengünstigen Kunststoff-Mikrosystemen — zum Beispiel elektro-opto-fluidische Lab-On-Chip für den Einmalgebrauch — sind angesichts der rapiden technischen Fortschritte unter anderem in den Life Sciences (Diagnostik) von hohem Interesse.

Im Vordergrund der Forschungsarbeiten im neuen Fachgebiet stehen daher die Herstellung und Charakterisierung technologischer Oberflächen und Grenzschichten für polymere Bauelemente, insbesondere Kontaktverfahren zwischen Metallen, organischen Leitern und Halbleitern. Weitere Schwerpunkte sind die Mikro- und Nano-Strukturierung polymerer Werkstoffverbunde und Mehrlagentechnologien mit dem Ziel der multifunktionalen Integration.

Kräftige Impulse für Kooperationen und für die Lehre

Am kooperierenden Fraunhofer-IZM werden darauf aufbauend Herstellungsprozesse entwickelt, die in verschiedenste polytronikbasierte Produktdemonstratoren münden. Das Fraunhofer IZM greift dabei Erkenntnisse der Forschungsgruppe an der TU Berlin auf und verwertet sie in der Prozessentwicklung mit kooperierenden Firmen.

Wurde lange das enorme Innovations- und Marktpotenzial der Kunststoff-Technologien betont, fand die „Polytronik“ jedoch bislang in der Lehre nur wenig Niederschlag. An der TU Berlin wird sich das mit der Berufung von Professor Bock nun ändern: Denn ab dem Wintersemester 2008/09 wird TU-Studierenden im Elektrotechnik-Masterstudiengang die neue Vorlesung „Polytronische Mikrosysteme“ angeboten und so der Impuls in die Ausbildung des Nachwuchses weitergegeben.

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