Ressourceneffizienz in der Mikroelektronik

Digitalisierung kann in vielen Bereichen durch intelligente Steuerung von Geräten, Anlagen, Prozessen und Netzen einen erheblichen Beitrag zur Energieeinsparung und damit zur Reduktion von CO2-Emissionen leisten. Die Kehrseite der Medaille: Herstellung und Betrieb der elektronischen Devices gehen mit einem hohen Ressourceneinsatz und Energieverbrauch einher. Die Fraunhofer EMFT arbeitet an Optimierungsansätzen und innovativen Technologien für eine umwelt- und ressourcenschonend gestaltete Informations- und Kommunikationstechnik. Dabei wird der gesamte Lebenszyklus der mikroelektronischen Komponenten berücksichtigt. Ein Großteil der Forschungsaktivitäten ist in die vom BMBF geförderte Initiative Green ICT eingebettet. 

© Fraunhofer EMFT/ Bernd Müller
Abscheidung von dünnen, einkristallinem Silizium bei niedrigen Temperaturen (<450 °C) durch Mikrowellenplamaanregung.

Die Produktion von Mikroelektronik ist nach wie vor mit einem hohen Energie- und Ressourceneinsatz verbunden. Zudem werden bei einigen Prozessen kritische oder umweltschädliche Materialien eingesetzt. Im Rahmen der Green ICT Forschungsaktivitäten arbeitet die Fraunhofer EMFT an der Optimierung von Lithografie- und Ätzprozessen mit dem Ziel, Chemikalien- und Energieverbrauch zu reduzieren. Ebenso wird der Einsatz neuer Materialien erprobt, die kritische oder umweltschädliche Chemikalien ersetzen sollen, etwa bei Lösungmitteln oder Reinigungsgasen. Darüber hinaus demonstriert die Fraunhofer EMFT mit ihrer Abatement-Anlage, wie schädliche Emissionen des Reinraums in die Umgebung, z.B. durch Schadgase sowie toxische oder korrosive Stoffe der installierten Anlagen, deutlich reduziert werden können. 

© Fraunhofer EMFT/ Bernd Müller
Um den Ressourceneinsatz zu reduzieren, sollen Wafer aus Fertigungen mit hohem Produktmix und geringem Volumen wiederaufbereitet werden.
© Fraunhofer EMFT/ Bernd Müller
PECVD Reinigungsplasma mit umweltfreundlicher und FCKW-freier Fluorchemie »Solvaclean®N«
© Fraunhofer EMFT
Dünne Kupferleiterbahnen auf Folie

Mit der fortschreitenden Verbreitung von Sensorik, Elektronik und Künstlicher Intelligenz (KI) in immer mehr Bereichen steigt auch der Energieverbrauch durch die Digitaltechnologien selbst. Gegensteuern lässt sich mit der Entwicklung energieeffizienter Devices und Technologien.  

Dabei kann die Fraunhofer EMFT auf Know-how aus Vorläuferprojekten zurückgreifen, etwa extrem energieeffiziente Tracking-, Sensor- und Kommunikationssysteme aus dem Fraunhofer Leitprojekt “Towards Zero-Power Electronics”. In Kooperation mit weiteren Fraunhofer-Instituten arbeiten Forschende außerdem an einer Prozesskette für das interdisziplinäre Co-Design von digitalen elektro-optischen Transceivern mit reduziertem Energieverbrauch bei hoher Integrationsdichte. Energieeffiziente Referenzdesigns sollen perspektivisch in Form einer Datenbank auch Partnern und Industriekundinnen zugänglich gemacht und gleichzeitig kontinuierlich an den neuesten Stand der Forschung angepasst werden.

Um eine möglichst lange Lebensdauer elektronischer Bauteile zu unterstützen, entwickeln Forschende an der Fraunhofer EMFT außerdem Konzepte, um bereits bei der Entwicklung eines Produkts dessen Reparierbarkeit mitzudenken. Ergänzend dazu werden im Bereich Aufbau- und Verbindungstechnik neue Ansätze erarbeitet, die eine Reparierbarkeit erleichtern sollen wie etwa Modularisierung, lösbare Verbindungen, Reparaturlöten, integrierte Fertigung von Kabeln und Steckern sowie die Trennbarkeit von Substrat und Komponenten. 

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