Autor

Prof. Dr. Stephan Herminghaus
Prof. Dr. Stephan Herminghaus
Abteilungsleiter "Dynamik komplexer Fluide"
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Dynamik komplexer Fluide

Stephan Herminghaus (46 Jahre) studierte Physik und bildende Kunst in Mainz, wo er auch promovierte. Danach befasste er sich am IBM-Forschungslabor in San Jose (Kalifornien) mit Polymerfilmen für optische Mikrochips und wechselte 1991 an die Uni Konstanz, wo er über nichtlineare Optik an dünnen Filmen und über Benetzungsphänomene habilitierte. Nach einem dreijährigen Aufenthalt am MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Berlin übernahm er die Abteilung Angewandte Physik an der Uni Ulm, bevor er 2003 als Max-Planck-Direktor nach Göttingen wechselte. Er forscht dort über unkonventionelle Mikrofluidik, komplexe Fluide, feuchte Granulate und Irreversibilität.

Frage:

Wie funktioniert ein Mikrochip?

Antwort:

Die moderne Elektronik nahm ihren Ausgang bei der Erfindung des Transistors durch Bardeen, Brattain und Schockley (1948). In diesem Bauteil nutzt man die besonderen Eigenschaften der so genannten Halbleiter aus, zu denen auch das bekannte Silizium gehört. Sie stehen im Periodensystem der Elemente zwischen den (elektrisch leitfähigen) Metallen und den Nichtleitern, und können je nach Situation sowohl elektrisch leitfähig sein als auch isolierend; das Besondere dabei ist, dass zwischen beiden Zuständen gezielt geschaltet werden kann. Daher können aus ihnen komplexe (aktive) Schaltkreise erstellt werden, wie dies früher nur mittels Elektronenröhren möglich war. Statt eines Glaskolbens mit mehreren Elektroden und einer Heizung brauchte man nun nur noch ein stecknadelkopfgroßes Gehäuse, in dem sich ein kleines Stück Halbleiterkristall befand. Damit war der erste Schritt hin zur Miniaturisierung der Elektronik getan.

Den wesentlichen Schritt zum Microchip vollzogen dann Jack Kilby und Robert Noyce (1959). Anstatt viele Halbleiterkristalle in lauter separate Gehäuse zu verpacken und die daraus hervorstehenden Drähte zu verlöten, schlugen sie vor, die ganze Struktur auf einem einzigen (etwas größeren) Halbleiterkristall unterzubringen und die 'Drähte' zwischen den in den Kristall eingelassenen Transistorstrukturen durch leitfähige Bereiche in demselben Kristall zu realisieren. Da ein Transistor im Prinzip nur einige Atome breit sein muss, um zu funktionieren (wenige Millionstel Millimeter), kann man auf diese Weise auf einem Quadratmillimeter mehrere Milliarden Transistoren (entsprechend etwa einem Gigabyte) unterbringen, wenn man nur fein genug 'zeichnen' kann. Die Feinheit des Striches bei diesem 'Zeichnen' (genannt Lithografie), die ständig weiterentwickelt wird, ist die wesentliche Begrenzung der Zahl der Transistoren, und damit der Speicherdichte.

 
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