Die Abteilung Materials Research des IHP entwickelt innovative elektrische und optische Bauelemente für die Mikroelektronik. Ziel ist es, neue Technologien in die Prozesstechnologie des IHP zu integrieren und damit die Grundlage für zukünftige Anwendungen zu schaffen.
Das Forschungsspektrum reicht von der Materialwissenschaft über die Modellierung bis hin zur Entwicklung von Process Design Kits (PDKs) für moderne halbleiterbasierte Bauelemente. Dabei werden heterogene Materialsysteme gezielt kombiniert, um leistungsfähige Lösungen für die analoge, neuromorphe, quantenbasierte und optische Signal- und Datenverarbeitung zu realisieren.
Darüber hinaus entwickelt die Abteilung mikroelektronische Konzepte für die Sensorik sowie weitere innovative Anwendungen, die einen Beitrag zur Bewältigung gesellschaftlicher Herausforderungen leisten.
Kompetenzen
Neue Materialien für die Mikroelektronik
Wir erforschen und bewerten vielversprechende Materialien für zukünftige siliziumbasierte Technologien. Im Fokus stehen Dielektrika, Halbleiter und Metalle, deren Eigenschaften durch experimentelle Untersuchungen und FEM-Simulationen umfassend charakterisiert werden. Dabei untersuchen wir die Wechselwirkungen zwischen Materialeigenschaften und Bauelementperformance, um neue Materialkonzepte gezielt für mikroelektronische Anwendungen zu optimieren. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung leistungsfähiger, energieeffizienter und zuverlässiger Technologien der nächsten Generation.
Integrierte elektro-optische 2D-Bauelemente
Wir erforschen elektro-optische Bauelemente auf Basis zweidimensionaler (2D-)Materialien und integrieren sie in siliziumbasierte Plattformen. Ziel ist die Entwicklung leistungsfähiger Modulatoren und weiterer optoelektronischer Komponenten für die energieeffiziente photonische Signalverarbeitung. Durch die Kombination der außergewöhnlichen optischen und elektronischen Eigenschaften von 2D-Materialien mit etablierten CMOS-Technologien schaffen wir die Grundlage für hochintegrierte photonisch-elektronische Systeme der nächsten Generation.
Thermoelektrische Bauelemente
Wir entwickeln thermoelektrische Bauelemente zur effizienten Umwandlung von Wärme in elektrische Energie. Im Mittelpunkt stehen neue Materialien und innovative Bauelementkonzepte, die sich in bestehende Siliziumtechnologien integrieren lassen. Durch die Optimierung von Materialeigenschaften, Herstellungsprozessen und Bauelementdesign schaffen wir die Grundlage für energieeffiziente Lösungen.
Neuromorphe Bauelemente
Wir entwickeln innovative memristive Bauelemente, die Informationsverarbeitung und Datenspeicherung in einer einzigen Komponente vereinen. Dadurch entstehen energieeffiziente Hardwarelösungen für neuromorphe Systeme, die sich an den Funktionsprinzipien des menschlichen Gehirns orientieren und neue Möglichkeiten für KI-Anwendungen eröffnen.
Quantenbit-Bauelemente
Wir erforschen Qubit-Konzepte auf Basis von SiGe/Si/SiGe-Heterostrukturen und entwickeln die dafür erforderlichen Bauelementtechnologien. Ziel ist es, die ausgezeichneten Kohärenzeigenschaften dieser Materialplattform für die Realisierung skalierbarer Quantenprozessoren und zukünftiger Quanteninformationssysteme zu nutzen.
Bioelektronische Bauelemente
Wir entwickeln integrierte bioelektronische Systeme, die mikrofluidische und mikroelektronische Komponenten auf einer gemeinsamen Plattform kombinieren. Diese Technologien ermöglichen leistungsfähige Point-of-Care-Anwendungen für die schnelle und zuverlässige Diagnostik. Ziel ist die Entwicklung kompakter Sensorsysteme.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit und wissenschaftlicher Austausch
Die enge Zusammenarbeit mit den Fachabteilungen des IHP ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor für die Entwicklung und Integration neuer Materialien und Bauelemente. Darüber hinaus kooperieren wir weltweit mit führenden Forschungseinrichtungen und Universitäten, um innovative Material- und Technologiekonzepte frühzeitig zu identifizieren und weiterzuentwickeln.
Unsere Partnerschaften umfassen gemeinsame Forschungsprojekte, den wissenschaftlichen Austausch sowie die akademische Lehre. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des IHP lehren an mehreren Hochschulen in Berlin und Brandenburg und engagieren sich aktiv in der Ausbildung von Studierenden sowie in der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses.
Technische Infrastruktur und Kompetenzen
Die moderne Forschungsinfrastruktur des IHP umfasst Anlagen für die Dünnschichtabscheidung, Materialprozessierung, Modellierung und Charakterisierung. Zu den technischen Kompetenzen gehören:
- Identifizierung neuer Materialien für künftige siliziumbasierte Mikro- und Nanotechnologien
- Wachstum dielektrischer, halbleitender und metallischer Schichten mittels Molekularstrahlepitaxie und metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung
- Materialcharakterisierung mit labor- und synchrotronbasierten Verfahren
- Elektrische und optische Charakterisierung von Materialien und Bauelementen
- Entwicklung von Prozessschritten zur Integration neuer Materialien
- FEM-Simulationen von heterogenen Schichtsystemen und Bauelementen
- Integration heterogener Materialsysteme in analoge, neuromorphe, quantenbasierte, optische und bioelektronische Bauelemente
Forschung und Entwicklung
Die Abteilung Materials Research bietet Möglichkeiten zur Forschungszusammenarbeit und akademischen Ausbildung im Bereich der Materialforschung. Dazu gehören:
- Gemeinsame Forschung zu neuen Materialien und modernen Bauelementen
- Entwicklung und Charakterisierung von Materialien für die siliziumbasierte Mikroelektronik
- Entwicklung von Prozessschritten zur Integration neuer Materialien
- Projekte für Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten
- Hochschullehre, akademische Partnerschaften und Austauschprogramme für Studierende
Sie können uns jederzeit gern kontaktieren, um sich über die Möglichkeiten der Anfertigung Ihrer Bachelor-, Master- oder Doktorarbeit im Bereich Materialforschung in unserer Abteilung mit uns auszutauschen.
