Am 12. April 2012 wurde in Abu Dhabi das gemeinsame Forschungsprojekt „TwinLab“ der TU Dresden und des Masdar Institute of Science and Technology (Abu Dhabi) vom Sächsisch-Emiratischen Ausschuss und einer sächsischen Delegation unter Leitung des Staatsministers Dr. Johannes Beermann feierlich eröffnet. Das gemeinsame Ziel der Wissenschaftler des „TwinLab“ ist die Entwicklung von Technologien und Herstellungsverfahren für sogenannte 3-D-Chips, die für die Halbleiterindustrie einen Durchbruch bedeuten könnten.

Bereits im Jahr 2011 beschlossen die Regierungen von Sachsen und des Emirats Abu Dhabi, die Zusammenarbeit beider Länder zu intensivieren. So entstand die Idee, ein gemeinsames Forschungsprojekt „TwinLab“ zu entwickeln, von dem ein Teil in Dresden und der andere Teil in Abi Dhabi realisiert wird. In beiden Einrichtungen werden anfangs je zehn bis zwölf Doktoranden arbeiten. Ein großes Anliegen des Projektes ist es, den Austausch zwischen den Nachwuchswissenschaftlern zu fördern. So werden die Dresdner ein paar Monate in der Wüstenregion forschen und die Forscher aus Abu Dhabi an die TU Dresden kommen. Gerhard Fettweis, Professor für Mobile Nachrichtensysteme an der TU Dresden und einer der Gründer des „TwinLab“, hat große Pläne für sein Projekt: „Es soll als Katalysator für eine intensivere Zusammenarbeit verstanden werden. Unser 'TwinLab' ist das erste gemeinsame Forschungsprojekt, das wir zwischen Sachsen und Abu Dhabi aufgebaut haben. Wir hoffen, dass sich unser Modell so erfolgreich entwickelt, dass es zum Vorbild für weitere 'TwinLab' wird, die sich dann auch anderen herausfordernden Themen widmen können.“

Im „TwinLab“, das man auch als „Zwillingslabor“ übersetzen könnte, wollen die Forscher an einem wirtschaftlich hochinteressanten Thema arbeiten – an der Entwicklung und Herstellung von sogenannten 3-D-Chips. In der Halbleiterindustrie verwendet man heutzutage meist Schaltkreise, die flächig auf einem Chip angeordnet sind. Dafür benötigt man allerdings eine Menge Platz. Der heutige Trend erfordert jedoch immer kleinere und noch leistungsfähigere Komponenten. Aus diesem Grund wollen die Wissenschaftler um Professor Gerhard Fettweis und Steve Griffith (Masdar Institute, Abu Dhabi) „Chip-Türme“ bauen. Durch diese 3-D-Bauweise kann man viel mehr Schaltkreise auf einer kleineren Fläche unterbringen. Weiterhin kann man durch die neuartige 3-D-Bauweise mehrere verschiedene Wafermaterialien in einem „Chip-Turm“ einbauen. Dadurch können elektronische Schaltungen, die heutzutage noch mehre Chips benötigen, zu einem einzelnen Chip zusammengefasst werden. Zusätzlich erreicht man eine viel effizientere Nutzung des Stroms, das heißt, Energieverluste werden stark reduziert. Im Endeffekt wird damit also auch Strom gespart. Diese neue kompakte Bauweise hat aber noch einen viel bedeutenderen Vorteil. Die einzelnen Schaltkreise liegen nun räumlich so nah beieinander, dass allein durch die eingesparten Wege, die die Signale zurücklegen müssen, eine viel höhere Datenrate erzielt werden kann. Besonders die Silizium-Durchkontaktierung, also die elektrische Verbindung zwischen Metall und dem Silizium des Wafers, spielen im 3-D-Chip-Stapel eine enorm wichtige Rolle. Das Ziel ist es hier, Module (Design-Blöcke) für effiziente Signalschnittstellen zwischen verschiedenen Chips in einem Halbleiterchip-Stapel zu entwickeln. Diese Schnittstellen müssen gut an die Materialeigenschaften der einzelnen Chips sowie an die elektronischen Schaltkreise im Chip-Stapel angepasst werden. Dafür werden die Forscher viele Kombinationen aus unterschiedlichen Materialien, Halbleitertechnologien, Verdrahtungstechniken und Silizium-Durchkontaktierungen untersuchen und testen müssen.

Die geplanten Forschungsergebnisse des „TwinLab“ sind neue 3-D-Chip-Technologien, die dann ohne größeren Aufwand in die industrielle Produktion übertragen werden können. Doch bis es soweit ist, werden sich die Forscher in den kommenden Jahren noch einigen wissenschaftlichen Herausforderungen stellen müssen. Die sächsische Gruppe des „TwinLab“, die vom Europäischen Sozialfonds (ESF) mit 2,4 Millionen Euro für drei Jahre gefördert wird, begann bereits am 1. März 2012 als ESF-Nachwuchsforschergruppe „3-D-Chip-Stack Intraconnects“ am Projekt zu arbeiten. Sie soll die Forschergruppe des Masdar Instituts wissenschaftlich ergänzen. Zur Dresdner Forschergruppe zählen zehn Doktoranden, die von den TUD-Professoren Fettweis, Bartha, Ellinger, Plettemeier und Schüffny wissenschaftlich betreut werden.

In Abu Dhabi wird parallel dazu die Reduzierung des Energieverbrauchs bzw. geringer Leistungsaufnahme von 3-D-integrierter Mikroelektronik in einer Vielzahl von Anwendungsszenarien für Computing, Kommunikation, Datenspeicherung und Sensorik untersuchen.

Informationen für Journalisten:
Technische Universität Dresden
Prof. Gerhard Fettweis
Tel.: +49 351 463-41000