Kategorie: ‘Mikro- und Nanoeletronik’
Dr.-Ing. Sabine Paarmann erhält bedeutende Förderung für Batterie-Forschung
Dr.-Ing. Sabine Paarmann wurde mit einem hochdotierten Forschungsstipendium des Bundesministeriums für Forschung Technologie und Raumfahrt (BMFTR) ausgezeichnet. Im Rahmen des Wettbewerbs „BattFutur – Junior Research Group for Battery Research“ erhält ihr Projekt über die nächsten fünf Jahre eine Förderung in Höhe von 2,7 Millionen Euro. Diese Initiative ist ein zentraler Bestandteil der Hightech-Strategie der Bundesregierung und zielt darauf ab, optimale Bedingungen für herausragende Wissenschaftler in der deutschen Batterieforschung zu schaffen.
ISEA
In ihrem Projekt „CooLIB – Thermal design and cooling strategies to boost the performance and lifetime of lithium-ion batteries“ entwickelt Dr. Paarmann mit ihrem Team innovative Zellkonzepte. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung thermischer und elektrochemischer Inhomogenitäten innerhalb der Zellen. Durch systematische Zyklustests werden diese Inhomogenitäten gemessen und ihre Wechselwirkungen quantifiziert, um deren Einfluss gezielt zu mindern. Die Forschungsergebnisse sollen direkt in die Entwicklung neuer Batteriezellen sowie in das thermische Management einfließen, um zukünftige Batterien effizienter und langlebiger zu gestalten.
Die neue Forschungsgruppe „Thermisch-elektrisches Design von Energiespeichersystemen“ unter der Leitung von Dr. Paarmann ist am Center for Ageing, Reliability, and Lifetime Prediction of Electrochemical and Power Electronic Systems (CARL) der RWTH Aachen angesiedelt. Dr. Paarmann verfügt über eine exzellente wissenschaftliche Expertise: Sie promovierte 2021 am KIT in Karlsruhe im Fachbereich Chemieingenieurswesen und Verfahrenstechnik und forschte vor ihrem Wechsel an die RWTH Aachen als DFG-geförderte Postdoc am Imperial College London.
Die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik freut sich, Dr. Paarmann als neue Gruppenleiterin am ISEA begrüßen zu dürfen, und blickt mit großer Erwartung auf die kommenden Forschungsjahre und eine erfolgreiche Zusammenarbeit.
Die Zukunft des Hörens: Öffentliche Vortragsreihe beim „NeuroSensEar“-Workshop
Wie sieht die Hörhilfe der Zukunft aus? Und wie kann uns das menschliche Gehirn dabei helfen, effizientere Computer zu bauen? Vom 3. bis zum 5. März 2026, im Rahmen des Workshops „NeuroSensEar – Neuromorphe akustische Sensorik für leistungsfähige Hörgeräte von morgen“, lädt das Institut für Nachrichtentechnik der RWTH Aachen zu drei hochkarätigen öffentlichen Vorträgen in den Hörsaal FT (Melatener Str. 23, 52074 Aachen) ein.
Das Projekt „NeuroSensEar“ widmet sich einer der spannendsten Herausforderungen der aktuellen Technik: der Entwicklung neuromorpher akustischer Sensorik. Das Ziel sind leistungsfähige Hörgeräte, die nicht nur besser verstärken, sondern intelligent und energieeffizient wie unser Gehirn agieren.
IENT
Begleitend zum Workshop geben drei renommierte Professoren unserer Fakultät exklusive Einblicke in ihre Forschung:
Neuromorphic Computing: Energieeffizienz durch biologisch inspirierte Hardware – Dienstag, 03.03.2026 | 17:00 Uhr
Univ.-Prof. i.R. Dr.-Ing. Dr. h.c. Rainer Waser
Die Informationstechnik steht vor einem Paradigmenwechsel: Klassische, algorithmische Datenverarbeitung wird zunehmend durch KI-basierte Ansätze ersetzt. Damit einher geht ein massiv steigender Energiebedarf. Um diesen zu senken, forschen Institute der Fakultät 6 an neuromorphen Systemen, die deutlich effizienter arbeiten als konventionelle Architekturen.
Im kommenden Vortrag präsentiert Prof. Waser die physikalischen Grundlagen redox-basierter memristiver Bauelemente. Der Fokus liegt auf einem interdisziplinären Ansatz zwischen Materialwissenschaften, Elektrotechnik und Informatik, der die Funktionsweise des menschlichen Gehirns als technisches Vorbild nutzt.
Neben der Hardware-Entwicklung werden konkrete KI-Anwendungen sowie deren gesellschaftliche Chancen und Risiken diskutiert. Den Abschluss bildet eine Reflexion über die Frage, ob zukünftige KI-Systeme ein Bewusstsein entwickeln könnten.
Reales Hören im Labor: Hörforschung in interaktiven VR-Umgebungen – Mittwoch, 04.03.2026 | 14:00 Uhr
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Janina Fels
Die Untersuchung auditiver Wahrnehmung und kognitiver Prozesse stützte sich bisher oft auf kontrollierte, aber unrealistisch vereinfachte Laborszenarien. Das Institut für Hörtechnik und Akustik (IHTA) der RWTH Aachen nutzt nun moderne audiovisuelle Virtual Reality (VR), um komplexe Alltagssituationen realitätsnah und interaktiv abzubilden.
Durch diese Technologie können Probanden in Echtzeit mit akustischen Szenen interagieren. Dies ermöglicht die präzise Untersuchung von Gehör und Aufmerksamkeit in akustisch anspruchsvollen Umgebungen wie Großraumbüros oder belebten Außenbereichen. Ein aktueller Forschungsschwerpunkt des IHTA liegt dabei auf der Analyse von Lärmbelastung, Aufmerksamkeit und Höranstrengung in Grundschulklassen.
Der Vortrag beleuchtet, wie VR-Methoden die Brücke zwischen klassischer Hörpsychologie und realen Lebenswelten schlagen. Zudem wird diskutiert, wie interdisziplinäre Ansätze aus Audiologie und virtueller Realität die Zukunft der Hörforschung prägen.
Brillen für die Ohren: Intelligente Kommunikationssysteme der Zukunft – Donnerstag, 05.03.2026 | 09:00 Uhr
Prof. Dr.-Ing. Peter Jax
Smarte Hearables entwickeln sich zunehmend von einfachen Kopfhörern zu intelligenten Mikrocomputern mit integrierter KI. Als „Brillen für die Ohren“ fungieren diese Systeme als persönliche Assistenten in den Bereichen Consumer Audio, Gesundheit und professionelle Kommunikation.
Ein zentrales Potenzial dieser Technologie liegt in der 3D-Telefonie. Durch räumliche Audio-Wiedergabe wird eine intuitive Unterscheidung von Sprechern ermöglicht, was die Immersion und das Präsenzgefühl in digitalen Meetings massiv steigert. Ziel ist eine Kommunikation, die trotz physischer Distanz die Natürlichkeit eines persönlichen Gesprächs erreicht.
Der Vortrag beleuchtet die aktuellen Entwicklungen aus Forschung und Industrie und diskutiert die akustischen sowie technischen Herausforderungen, die bei der Konstruktion solcher innovativen Plattformen bewältigt werden müssen.
An der Schnittstelle von Medizin und Ingenieurwissenschaft: Neue Technologien für die Implantationsforschung
© Martin Braun
Im Rahmen eines Online-Seminars referiert Dr. Madhuri Salker über ihre aktuelle Forschung, bei der sie sich mit der Untersuchung von Implantationen beim Menschen und Schwangerschaftsverlusten befasst. Zu diesem Zweck nutzt sie rekonstruierte Assembloide, multimodale Einzelzellsequenzierung und die Entwicklung von Nanosensoren.
Dr. Madhuri Salker erforscht die molekularen und immunologischen Prozesse der frühen Schwangerschaft. Der Forscherin vom Universitätsklinikum Tübingen und Assistenzprofessorin an der University of British Columbia wurde kürzlich eine hochdotierte Projektförderung in Form eines European Research Council Consolidator Grants zugesichert. In ihrem Projekt babyRADAR möchte sie mithilfe modernster Technologien die Entscheidungsprozesse des Endometriums während der Implantation besser verstehen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Interaktion von Steroidhormonen, Immunzellen und Gewebedynamik – Prozesse, die sich durch nanoskalige Sensorsysteme erstmals in Echtzeit quantifizieren lassen können.
Im Mittelpunkt ihres Vortrags stehen rekonstruierte Assembloide – dreidimensionale Gewebemodelle des Endometriums –, multimodale Einzelzellsequenzierung sowie die Entwicklung hochsensitiver Nanosensoren. Mithilfe dieser Ansätze ist es möglich, die Kommunikation zwischen mütterlichem Gewebe und Embryo präzise zu analysieren und molekulare Fehlregulationen zu identifizieren, die zu Implantationsversagen oder Fehlgeburten führen können.
„Wenn wir verstehen, warum die Einnistung fehlschlägt, können wir neue Diagnoseverfahren entwickeln, Fruchtbarkeitsbehandlungen verbessern und betroffenen Familien neue Hoffnung geben,“ erklärt Madhuri Salker.
Eine besondere Rolle spielen dabei integrierte MEMS-Geräte (Micro-Electro-Mechanical Systems). Diese miniaturisierten, sensorintegrierten Mikrosysteme ermöglichen die präzise Steuerung mikrofluidischer Umgebungen sowie die Echtzeitüberwachung biochemischer und mechanischer Prozesse auf Zellebene. Dadurch lassen sich sowohl Zellkräfte als auch dynamische Signal- und Stoffwechselvorgänge kontinuierlich und hochauflösend erfassen.
Gerade hier ergeben sich klare Anknüpfungspunkte zur Forschung an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik: Das von Professor Sven Ingebrandt geleitete Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik 1 (IWE1) legt einen besonderen Schwerpunkt auf die Entwicklung von Mikro- und Nanosystemen für die Biotechnologie und die biomedizinische Diagnostik. Zu den zentralen Kompetenzen zählen die Kopplung biologischer Systeme – etwa lebender Zellen, Membranen oder Proteine – mit technischen Systemen, um neuartige Sensoren, mikrofluidische Systeme und intelligente Implantate zu realisieren.
Diese technologische Expertise bildet eine direkte Schnittstelle zur Forschung von Madhuri Salker. Für ihre implantationsbiologischen Untersuchungen ist sie auf integrierte MEMS-Bauelemente angewiesen. Die Verbindung von reproduktionsmedizinischer Grundlagenforschung und mikro- sowie nanosystemtechnischer Entwicklung eröffnet somit neue Möglichkeiten für interdisziplinäre Kooperationen zwischen Medizin und Ingenieurwissenschaften. Der Vortrag findet vor dem Hintergrund möglicher technologischer Kooperationen zwischen Professor Sven Ingebrandt und Dr. Madhuri Salker statt. Im Zentrum steht die Frage, wie mikro- und nanosystemtechnische Entwicklungen die biomedizinische Forschung unterstützen können.
Teilnahme: Am Dienstag, den 24. Februar 2026, findet die Veranstaltung online via Zoom statt und beginnt um 17:00 Uhr, wobei sie bis 18:30 Uhr andauert.
Meeting-ID: 644 5259 3117
Kenncode: 985261
Prof. Max Lemme als Co-Autor in Nature Photonics
Die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik gratuliert Prof. Max Lemme zu einer besonderen wissenschaftlichen Leistung: Als Co-Autor hat er an einer Consensus Statement-Publikation in der renommierten Fachzeitschrift Nature Photonics mitgewirkt. Die Veröffentlichung trägt den Titel „Guidelines for accurate evaluation of photodetectors based on emerging semiconductor technologies“ und setzt wichtige Impulse für die internationale Forschungsgemeinschaft.
Eine Consensus Statement-Publikation fasst den aktuellen Wissensstand eines Fachgebiets zusammen und formuliert Empfehlungen, Standards oder Verfahren, die eine verlässliche und einheitliche wissenschaftliche Praxis fördern. Im vorliegenden Beitrag haben führende Expertinnen und Experten aus Forschung und Industrie erstmals ein umfassendes Rahmenwerk für die präzise Charakterisierung, Dokumentation und Vergleichbarkeit von Photodetektoren auf Basis neuartiger Halbleitermaterialien entwickelt.
Der Bedarf an solchen Leitlinien ist groß: Photodetektoren aus innovativen Materialklassen wie organischen Halbleitern, Perowskiten, Quantenpunkten, zweidimensionalen Materialien, Metalloxiden oder Kohlenstoffnanoröhren haben in den vergangenen Jahren enorme Fortschritte erzielt. Gleichzeitig erschweren uneinheitliche Messmethoden und Berichtsstandards bislang die Vergleichbarkeit verschiedener Studien und damit die wissenschaftliche Weiterentwicklung des Feldes.
Die nun veröffentlichten Empfehlungen schaffen ein gemeinsames Fundament für die Community und unterstützen eine transparente, reproduzierbare und vergleichbare Forschungspraxis. Davon profitieren nicht nur akademische Arbeitsgruppen, sondern auch industrielle Entwicklungsprozesse und die Entstehung zukünftiger photonischer Technologien.
Prof. Max Lemme ist nicht nur Inhaber des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente an unserer Fakultät, sondern auch Geschäftsführer der AMO GmbH, deren Forschungsschwerpunkte eng mit den Themen der Publikation verknüpft sind. Die Entwicklung und Integration neuartiger Materialien für optoelektronische Bauelemente zählt dort zu den zentralen Aktivitäten. Die Beteiligung an diesem internationalen Konsenspapier unterstreicht die große wissenschaftliche und technologische Relevanz dieser Arbeiten.
Die AMO GmbH hat die Veröffentlichung ebenfalls in einem eigenen Beitrag hervorgehoben. Weitere Informationen finden sich auf der Website sowie auf LinkedIn.
Vier RWTH-Forscher in die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften aufgenommen
Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, kurz acatech, hat vier Wissenschaftler der RWTH Aachen als neue Mitglieder aufgenommen: Fabian Kießling, Max Lemme, Constantin Häfner und Walter Leitner.
acatech ist die zentrale Stimme der Technikwissenschaften in Deutschland und wird von Bund und Ländern als nationale Akademie gefördert. Sie berät Politik und Gesellschaft unabhängig, faktenbasiert und gemeinwohlorientiert in Fragen der technologischen Zukunftsgestaltung. Ihre Mitglieder stammen aus den Ingenieur- und Naturwissenschaften, der Medizin sowie den Geistes- und Sozialwissenschaften. Schirmherr der Akademie ist der Bundespräsident.
Mit der Aufnahme der vier neuen Mitglieder sind nun insgesamt 35 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RWTH Aachen Teil der acatech. Aus der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik gehören neben Professor Max Lemme bereits Professor Rainer Waser, Professor Dirk Uwe Sauer, Professor Jürgen Roßmann, Professor Rik W. de Doncker und Professor Steffen Leonhardt der Akademie an.
Max Lemme: Forschung an der Elektronik der Zukunft
© Martin Braun
Professor Max Lemme ist Inhaber des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente an der RWTH Aachen und Geschäftsführer der AMO GmbH. Seine Forschung konzentriert sich auf neuartige elektronische und optoelektronische Bauelemente, die auf zweidimensionalen Materialien wie Graphen basieren. Ziel ist es, diese Materialien in zukünftige Mikro- und Nanoelektronik, Sensorik und neuromorphe Rechnersysteme zu integrieren. Zudem ist Lemme Sprecher des Zukunftsclusters NeuroSys.
Neben ihm wurden drei weitere herausragende Forscher der RWTH Aachen in die acatech aufgenommen: Professor Fabian Kießling, Direktor des Helmholtz Instituts für Biomedizinische Technik und Pionier der molekularen Bildgebung, Professor Constantin Häfner, Vorstand für Forschung und Transfer der Fraunhofer-Gesellschaft und Experte für Hochleistungslaser, und Professor Walter Leitner, Lehrstuhlinhaber für Technische Chemie und Petrolchemie sowie Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion.
Die Aufnahme würdigt ihre wissenschaftlichen Leistungen und ihren Beitrag zur Weiterentwicklung der Technikwissenschaften in Deutschland.
Beobachtung von 2D‑Memristoren mit Operando‑TEM: Ein weiterer Schritt in Richtung neuromorphic Computing
Das Verständnis der Dynamik leitfähiger Filamente in memristiven Bauelementen auf Basis zweidimensionaler (2D-)Materialien wurde durch ein Forschungsteam der AMO GmbH, der RWTH Aachen University (Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente), und des Forschungszentrums Jülich wesentlich vorangebracht.
Die Forschenden setzten Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ein, die statt Licht einen Elektronenstrahl zur Bildgebung nutzt. Aufgrund der kurzen Wellenlänge der Elektronen lassen sich Strukturen bis hinunter zum atomaren Maßstab abbilden. Die Messungen erfolgten operando, das heißt, die 2D‑Bauelemente wurden während des elektrischen Betriebs beobachtet, nicht nur davor oder danach. Dadurch lassen sich Phänomene im Nanometerbereich in Echtzeit verfolgen.
Memristoren sind ein Schlüsselelement des neuromorphen Rechnens, da sie Rechnen und Speichern am selben Ort vereinen. Somit sinkt der Energiebedarf von Rechenoperationen drastisch.
Für diese Studie wurden zweidimensionale Schichten aus Molybdändisulfid (MoS₂) verwendet. MoS₂ ist eine vielversprechende chemische Verbindung für memristive Bauelemente, weil seine atomar dünne, geschichtete 2D‑Struktur interschichtliche van‑der‑Waals‑Lücken aufweist. Das sind nanoskalige Abstände, die durch schwache van‑der‑Waals‑Wechselwirkungen stabilisiert werden und effiziente Transportpfade für Ionen und Metallatome bereitstellen. Diese Pfade ermöglichen die kontrollierte Bildung und Auflösung leitfähiger Filamente und damit das resistive Schaltverhalten, das für den Betrieb der Bauelemente erforderlich ist.
Abbildung 1 – Schichten eines zweidimensionalen Memristors und Pd/Ag‑Elektroden zur Erzeugung einer Potentialdifferenz – nature.com
Unter angelegter Spannung beobachteten die Forschenden Silberionen direkt, wie sie sich durch das MoS₂‑Medium entlang von Oberflächenpfaden, innerhalb interschichtlicher van‑der‑Waals‑Lücken und zwischen Bündeln bewegten. Dort lagern sie sich zu metallischen, leitfähigen Filamenten zusammen, die die Elektroden überbrücken und das Bauelement in einen niederohmigen Zustand versetzen; eine Umkehr der Polarität löst diese Filamente auf und führt das Bauelement in den hochohmigen Zustand zurück. Um die Schaltzuverlässigkeit sowie die Ursachen anomaler Ereignisse und der Zyklus‑zu‑Zyklus‑Variabilität direkt zu bewerten, wurde die operando‑TEM‑Bildgebung mit Strom‑Spannungs‑Messungen synchronisiert. Dies ermöglichte es, die Keimbildung, das Wachstum, die Bewegung und den Bruch einzelner Filamente in Echtzeit zu verfolgen und diese physikalischen Ereignisse mit elektrischen Signaturen zu korrelieren. Aus diesen Beobachtungen leiteten sie die Faktoren ab, die die Schaltleistung beeinflussen, und formulierten konkrete Empfehlungen für die Auslegung und den Betrieb von Bauelementen.
Abbildung 2 – Bildung und Auflösung von Silberfilamenten im TEM
Abbildung 3 – Silberkontrast im TEM
Diese Ergebnisse liefern konkrete Ansatzpunkte, um memristive Synapsen für neuromorphes Rechnen zuverlässiger zu machen. Indem ermittelt wird, wo Silberfilamente entstehen (auf MoS2‑Oberflächen, in interschichtigen van‑der‑Waals‑Lücken und zwischen MoS2‑Bündeln), und ihre Größen quantifiziert werden, wird eine gezieltere Kontrolle von Keimbildung und Wachstum der Filamente möglich. Durch die Anpassung der MoS2‑Morphologie und der Bauelementgeometrie können Ingenieur:innen die SET/RESET‑Spannungen einstellen und die Filamentdicke begrenzen und damit Schaltstrom und Energiebedarf optimieren. All diese physikbasierten Erkenntnisse unterstützen eine mechanismenbasierte Bauelementauslegung und Betriebsführung und erhöhen die Stabilität, Effizienz und Skalierbarkeit memristiver Hardware für neuromorphe Systeme.
Mit Blick nach vorn: Sobald sich die Filamentdynamik programmatisch steuern lässt und die Gerätevariabilität beherrscht ist, könnten neuromorphe Systeme vom Laborprototyp zu wafergroßen Beschleunigern reifen, die direkt auf dem Chip lernen, im Mikrowatt‑Leistungsbereich arbeiten und sich einer gehirnähnlichen Energieeffizienz annähern. Hybride Crossbars aus 2D‑Materialien, auf CMOS integriert, könnten dichte, 3D‑gestapelte „synaptische Gewebe“ ermöglichen. Memristoren lernen so ein lebenslang On‑Chip, was die Anpassungsfähigkeit der Robotik vorantreibt. Mit nativer Plastizität auf Bauelementebene könnten künftige Maschinen sich kontinuierlich an ihre Umgebung anpassen, sensorische Datenströme in Echtzeit verdichten und interpretieren sowie robuste Intelligenz in batteriebetriebenen Wearables und autonomen Agenten liefern. Dies ist ein messbarer Schritt hin zu gehirninspirierten Rechnerarchitekturen, die die Grenzen klassischer digitaler Systeme hinter sich lassen.
Quelle: nature.com
Die Abbildungen stammen aus der oben genannten Quelle. Sie sind nicht in ihrer Originalgröße und wurden zur besseren Verständlichkeit angepasst.
Fröhliches Brückenbauen von Neurowissenschaften über Computertechnik zur KI
Im Rahmen der RIA-Vorträge wird Seniorprofessor Rainer Waser am 18. Juni 2025 die Schnittstellenforschung der Gebiete Neurowissenschaften, Computertechnik und KI vorstellen.
In seinem Online-Vortrag mit anschließender Diskussionsrunde wird Professor Rainer Waser vom Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik 2 der RWTH Aachen University und vom Peter Grünberg Institut 7, Elektronische Materialien, des Forschungszentrums Jülich auf aktuelle Konzepte, Lösungen, Folgen und Perspektiven der Forschungskollaboration verschiedener Fakultäten eingehen. Die eineinhalbstündige Veranstaltung kann über Zoom kostenfrei besucht werden und beginnt um 17 Uhr.
Aufgrund seiner herausragenden Forschung wurde Professor Rainer Waser mit dem Leibniz-Preis 2014 ausgezeichnet. Seine interdisziplinäre Ausrichtung war dabei ein entscheidender Faktor. Anfang des Jahres 2025 wurde ihm die Ehren-Seniorprofessur der RWTH Aachen University verliehen. Er widmet sich weiterhin der Erforschung memristiver Phänomene, dem neuromorphen Computing und der Beziehung zwischen funktionalen Oxiden und ihrer Defektchemie.
„Mich nicht nur in eine Disziplin zu vertiefen, sondern Brücken zu bauen, hat mich mein Leben lang angetrieben“, so der Forscher über seine Motivation.
Die Regionalgruppe Informatik Aachen (RIA) ist Teil der deutschen Berufsvertretung für Informatiker und Informatikerinnen, der Gesellschaft für Informatik. Die Mitglieder dieser Gruppe kooperieren mit dem Ziel, einen Informationsaustausch zu ermöglichen, relevante Themen zu erörtern und die gemeinsamen Interessen in den Bereichen Informatik und IT in der Region zu vertreten. Es besteht eine enge Kooperation zwischen RIA und REGINA e.V., dem Regionalen Industrieclub Informatik Aachen der RWTH und der Fachhochschule Aachen.
Die Gesellschaft für Informatik ist eine lokal sowie international agierende Organisation, die als Türöffner in die Berufs- und Wissenschaftswelt fungiert. Sie ermöglicht den Informatikern und Informatikerinnen im Beruf einen kontinuierlichen Austausch mit der Wissenschaft. Sie fungiert als intermediäre Instanz, die Wissenschaft und Praktiker aus Industrie und Verwaltung zusammenbringt und deren Interessen in der Politik vertritt.
Die Teilnahme an der Veranstaltung ist über diesen Zoom-Zugang möglich. In der Playlist des YouTube-Kanals des Lehrstuhls für Software Engineering wird ein Video des Vortrags und der Diskussion kurz nach dem Ende der Veranstaltung zur Verfügung gestellt.
Sollten Sie Interesse an Informationen zu zukünftigen RIA-Vorträgen haben, so besteht die Möglichkeit, dies über die E-Mail-Adresse vortrag@i3.informatik.rwth-aachen.de zu melden.
Neue Dimensionen für Mikroelektronik: RWTH und TU Dresden starten gemeinsames Großprojekt
Künstlerische Visualisierung eines gestapelten Chips in Form eines Wolkenkratzers. © TU Dresden / cfaed
Professor Max Lemme ist Co-Sprecher des neuen DFG-Sonderforschungsbereichs „Active-3D“. Ziel ist die weitere Leistungssteigerung von Mikrochips, indem das bislang ungenutzte Volumen über der Chipfläche in die Funktion integriert wird.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert mit dem neuen Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB/TRR-404) Zukunftsweisende Elektronik durch aktive Bauelemente in drei Dimensionen (Active-3D) ein wegweisendes Forschungsprojekt, das die Miniaturisierung in der Mikroelektronik in eine neue Phase führen will. Mit Professor Max Lemme, Inhaber des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente an der RWTH Aachen University, ist ein renommierter Wissenschaftler der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik als Co-Sprecher an zentraler Stelle beteiligt. Gemeinsam mit Professor Thomas Mikolajick von der TU Dresden koordiniert er das Verbundprojekt, an dem mehrere Universitäten und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen beteiligt sind.
Das Ziel des Sonderforschungsbereichs: Die dritte Dimension elektronisch nutzbar machen. Während herkömmliche Chips vor allem in der Fläche optimiert wurden, soll nun auch das darüber liegende Volumen – also der Bereich der sogenannten Metallisierungsebene (Back-End of Line, BEOL) – für aktive Bauelemente, die Logik- und Speicherfunktionen sowie schaltbare Verbindungen ermöglichen, erschlossen werden. Auf Basis neuer Materialien werden innovative Bauelemente entwickelt und in Schaltungen und Systeme integriert, die Verbesserungen in Bezug auf die Schlüsselindikatoren Leistung, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Fläche versprechen. Material, Technologie und Schaltkreise werden im Rahmen des Technologie-Design-System-Co-Entwicklungsansatzes gleichzeitig neu entwickelt. Dadurch ist es möglich, Funktionalitäten über das bisher der passiven Verdrahtung vorbehaltene Volumen zu verteilen und somit das gesamte Volumen des Chips auszunutzen. So könnten völlig neue 3D-Elektroniksysteme entstehen, die nicht nur leistungsfähiger, sondern auch energieeffizienter und kompakter sind.
„Mit dem TRR ‚Zukunftsweisende Elektronik durch aktive Bauelemente in drei Dimensionen (Active-3D)‘ wird Deutschland und Europa in der Mikroelektronik-Grundlagenforschung gestärkt“, erklärt Professor Mikolajick. „Die involvierten Forscher:innen an den verteilten Standorten ergeben zusammen eine optimale Voraussetzung für das Erforschen der Nutzung des gesamten Volumens eines Chips für aktive Bauelemente.“
Bereits mit dem Auftakt des Großprojekts ist ein schlagkräftiges Netzwerk, das an der Spitze der internationalen Elektronikforschung mitwirkt, entstanden. Zu den Partnern zählen das Forschungszentrum Jülich, die AMO GmbH, die NaMLab gGmbH, das Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle und die Ruhr-Universität Bochum. Das Format des Sonderforschungsbereichs/Transregio ermöglicht eine enge, standortübergreifende Zusammenarbeit. Die RWTH und die TU Dresden teilen sich die wissenschaftliche Verantwortung und bringen jeweils komplementäre Schwerpunkte ein. Darüber hinaus werden Nachwuchswissenschaftler:innen weiterer Hochschulen und außeruniversitärer Forschungseinrichtungen eingebunden. Rund 15 Promotions- und Postdoc-Stellen sind bereits besetzt, eine weitere Stelle ist noch ausgeschrieben. Im Projektverlauf sollen weitere Stellenangebote folgen.
Offene Stellenanzeigen werden auf der Homepage des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik zu finden sein.
Graphen in der Mikroelektronik – Forschung für die Serienreife
Professor Max Lemme ist Inhaber des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente an der RWTH Aachen University und Direktor der gemeinnützigen Forschungseinrichtung AMO GmbH. © Martin Braun
Im Rahmen des abgeschlossenen europäischen Projektes 2D-Experimental Pilot Line (2D-EPL) wurden bei der AMO GmbH zwei Multiprojekt-Wafer-Läufe realisiert, in deren Fokus die Großserienproduktion von elektronischen Bauelementen auf Basis von Graphen stand.
Die Entdeckung von Graphen und anderen zweidimensionalen Materialien erfolgte im Jahr 2004 und wird als potenziell revolutionär für den Fortschritt in der Mikroelektronik angesehen. Die hohe Ladungsträgerbeweglichkeit, die breitbandige optische Absorption, die geringe Dicke und die große mechanische Festigkeit des Materials weckten große Erwartungen für den Einsatz von Graphen in der Elektronik, Optoelektronik und Sensorik.
„Es gibt inzwischen zahlreiche Publikationen, die Prototypen von Bauelementen auf der Basis von 2D-Materialien zeigen, deren Leistungen deutlich über dem Stand der Technik liegen“, sagt Cedric Huyghebaert, technischer Leiter des 2D-Experimental Pilot Line-Projekts.
Dennoch hat die Halbleiterindustrie bislang keine kommerziell nutzbaren Graphen-Bauelemente hergestellt. Dies ist auf eine Reihe von Herausforderungen zurückzuführen, darunter beispielsweise das Graphenwachstum, die Graphenübertragung und -reinigung. Der Übergang von wissenschaftlichen Experimenten, die nur wenige Graphen-Bauelemente umfassen, zu realen Anwendungen, die auf zuverlässigen Herstellungsverfahren für die Massenproduktion basieren, stagniert.
Die 2D-EPL war ein von der Europäischen Kommission mit 20 Millionen Euro gefördertes Projekt, das darauf abzielte, die technische Realisierbarkeit der Herstellung von Geräten auf der Basis von Graphen und anderen zweidimensionalen Materialien in großem Maßstab zu demonstrieren und somit die Markteinführbarkeit zu fördern. Zu diesem Zweck wurden im Zeitraum vom Oktober 2020 bis September 2024 sämtliche Akteure entlang der Wertschöpfungskette gebündelt und insgesamt fünf Multiprojekt-Wafer-Läufe (MPW-Läufe) realisiert. Da neben der Entwicklung von Prozessmodulen auf Industrieniveau auch die Lieferung von graphenbasierten Geräten an Kunden ein weiteres Ziel darstellte, bestand bei jedem dieser Läufe für Universitäten, Forschungsinstitute und Unternehmen die Möglichkeit, ihre Bauelemente auf einem Wafer-Chip kundenspezifisch bearbeiten zu lassen.
„Unser endgültiges Ziel ist es, zu zeigen, dass es möglich ist, eine breite Palette von Geräten auf der Grundlage zweidimensionaler Materialien in einer Weise herzustellen, die für die Industrie interessant ist, und jeder projektübergreifende Wafer-Lauf soll einen Meilenstein in diese Richtung setzen“, erklärt Professor Max Lemme, wissenschaftlicher Direktor der AMO GmbH und Inhaber des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente an der RWTH Aachen.
Die AMO GmbH führte den ersten und dritten Multiprojekt-Wafer-Lauf in einer hochmodernen Reinraumumgebung aus. Im Rahmen des ersten MPW-Laufs erfolgte die Definition von Graphen-Feldeffekttransistoren mit freiliegenden Graphenkanälen für chemische und Biosensor-Anwendungen, während im Rahmen des zweiten MPW-Laufs die Definition von Transistoren mit dielektrischer Verkapselung für elektronische Anwendungen realisiert wurde. Dabei wurden die spezifizierten Leistungsparameter für Beweglichkeit, Ladungsneutralpunkt, Schichtwiderstand und Kontaktwiderstand gemessen. Wurden die Zielwerte erreicht und wies die lichtmikroskopische Analyse eine akzeptable Qualität in Bezug auf Lift-off und Ätzen auf, so galt der Wafer als auslieferungsbereit. Die Forschenden stießen auf bekannte Herausforderungen, wie die Rückstandsbildung des Resists, die insbesondere bei Biosensor-Anwendungen problematisch sein kann, da eine reine Graphenoberfläche erforderlich ist. Darüber hinaus gab es zu diesem Zeitpunkt noch unbekannte Problemstellungen, wie beispielsweise unerwartete kundenspezifische Anforderungen und deren technische Realisierung, die es zu lösen galt.
„Wir betrachten die Wafer-Läufe als erfolgreich, da die Ausbeute und die Leistung der Geräte die ursprünglichen Spezifikationen auf allen Wafern erfüllten oder übertrafen. Darüber hinaus konnten alle Kunden ihre Bestellungen in der vorgesehenen Zeit erhalten“, heißt es in dem wissenschaftlichen Artikel, der die Ergebnisse des ersten und dritten Multiprojekt-Wafer-Laufs vorstellt.
Die Resultate der insgesamt fünf Multiprojekt-Wafer-Läufe bilden das Fundament des Nachfolgeprojekts 2D-Pilot Line (2D-PL). Das Ziel der aktuellen Pilotlinie besteht in der Stärkung des europäischen Ökosystems für die Entwicklung von Integrationsmodulen für photonische und elektronische Prototyping-Dienste. Der Fokus der Arbeiten liegt auf der Reifung von Halbleitertechnologien sowie der Bereitstellung von Informationen zur Unterstützung der industriellen Einführung. In diesem Kontext werden umfassende Prototyping-Dienstleistungen für die Integration von 2D-Materialien, wie Graphen, auf etablierten Halbleiterplattformen mit Siliziumtechnologien angeboten.
Der wissenschaftliche Artikel Multi-project wafer runs for electronic graphene devices in the European 2D-Experimental Pilot Line project liefert weiterführende Einblicke in die Multiprojekt-Wafer-Läufe eins und drei.
Die Homepage des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente beinhaltet weiterführende Informationen zu dem Thema.
Der Jahresbericht 2023 des Graphene Flagship gibt einen Überblick über die Arbeiten der 2D-Experimental Pilot Line und stellt den aktuellen Stand der 2D-Materialforschung in Europa sowie neue Projekte vor.
Stipendiat entwickelt Schutzhelme aus Schneckenhäusern
© Judith Peschges
Bayode Adeyanju aus Nigeria entwickelt am Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente (ELD) neuartige Schutzhelme, die natürliche und künstliche Materialien kombinieren.
Im Februar kam der Wissenschaftler mit einem Stipendium des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD) an den Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente der RWTH Aachen. Bis Mai forscht er dort im Team von Lehrstuhlinhaber Professor Max Lemme an der Entwicklung stabiler Helme, die Stöße optimal abfedern und besonders guten Schutz bieten. Für seine Studien kombiniert Adeyanju künstliche Kevlar-Fasern mit natürlichen Schneckenschalen-Nanopartikeln. In Nigeria werden die Gehäuse von Schnecken gemeinhin als Abfall und Umweltproblem betrachtet, doch sie haben eine besondere Eigenschaft, die sie für die Materialforschung interessant macht: ihren hohen Kalziumgehalt. Der Wissenschaftler zerkleinerte beide Materialien und mahlte sie fein. In Kombination mit Epoxidharz wurde die Substanz in eine Form gefüllt und ausgehärtet. Im Anschluss führte Adeyanju verschiedene Tests durch, um die Schlagzähigkeit, Härte und Dichte der Helme zu bestimmen. Die Kombination der vorteilhaften Eigenschaften der beiden Ausgangsmaterialien bildet die Grundlage für die Herstellung von leistungsfähigen Schutzhelmen.
In seiner Studie präsentiert Adeyanju die Ergebnisse seiner Forschung, die darauf hindeutet, dass die Kombination von natürlichen und künstlichen Materialien die Entwicklung innovativer Schutzmaterialien ermöglicht. An der RWTH nutzt der Stipendiat die hochmodernen Forschungseinrichtungen und Geräte, um ausgewählte Materialien zu charakterisieren. Untersuchungen dieser Art wären an seiner Heimatuniversität in Nigeria nicht möglich.
„Wissen ist Macht“, sagt der junge Forscher und betont: „Die RWTH hat alles, was es benötigt, um die Welt zu verändern.“
In Aachen sei ihm als erstes aufgefallen, wie früh am Abend die Straßen ruhiger würden und die Menschen nach Hause gingen, erzählt Bayode Adeyanju. Ganz anders als in seiner Heimat Nigeria, wo er es gewohnt ist, dass häufig Freundinnen und Freunde bei ihm und seiner Familie zu Gast sind. Auch wenn Aachen abends ruhiger ist als Nigeria, fühlte sich Adeyanju von Beginn seines Forschungsaufenthaltes an willkommen. Dazu trägt auch die AMO GmbH, ein gemeinnütziges Forschungsunternehmen, bei, das seinen viermonatigen Aufenthalt mit unterstützt. Und nach einem Monat an der RWTH Aachen steht für Bayode Adeyanju fest: Er möchte nach Möglichkeit wiederkommen und seine Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente (ELD) fortsetzen.
„Sowohl von meinen Kolleginnen und Kollegen im ELD und bei AMO als auch den Studierenden habe ich jede Menge Unterstützung erfahren und fühle mich hier sehr wohl“, so der Wissenschaftler.
Bereits vor zwei Jahren entschied sich Adeyanju für eine Bewerbung beim DAAD, im vergangenen Jahr erhielt er die Zusage. Der Deutsche Akademische Austauschdienst gehört zu den bedeutendsten Förderorganisationen für den internationalen Austausch von Studierenden sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Der von deutschen Hochschulen und Studierendenschaften finanzierte Verein verfolgt das Ziel, künftige Fach- und Führungskräfte auf verantwortungsbewusstes Handeln vorzubereiten und dauerhafte Verbindungen in der ganze Welt zu schaffen. Indem die Stipendiaten fachlich und kulturell miteinander vernetzt werden, soll dieses Anliegen gelingen. Seit seiner Gründung im Jahr 1925 hat der DAAD mehr als 2,9 Millionen junge Akademiker im In- und Ausland gefördert. Institutionell unterstützt wird er durch das Auswärtige Amt.
Mit seinem Motto „Wandel durch Austausch“ unterstreicht der DAAD die Bedeutung von internationalem Verständnis und Zusammenarbeit. Ein weiteres zentrales Anliegen des Vereins ist es, Entwicklungsländer dabei zu unterstützen, leistungsfähige Hochschulen aufzubauen und damit zur sozialen, wirtschaftlichen und politischen Entwicklung beizutragen.
