Halbleitertechnik und industrielle Lieferketten | Einführung in die Mikroelektronik – Teil 1
Der 4. Juli 2012 ist für Teilchenphysiker:innen ein besonderes Datum: An diesem Tag vor mehr als elf Jahren konnten Forschende am europäischen Kernforschungszentrum CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, dt.: Europäische Organisation für Kernforschung) in Genf die Existenz des Higgs-Bosons nachweisen. Erstmals vorhergesagt in den 1960er-Jahren durch den britischen Wissenschaftler Peter Higgs, komplementierte die Entdeckung des Higgs-Bosons das Standardmodell der Teilchenphysik. Aber was hat diese Entdeckung mit Mikroelektronik zu tun?
Diese und weitere Fragen werden im ersten Video unserer neunteiligen Reihe rund um das Thema »Mikroelektronik« von unserem Experten Dr. Michael Töpper beantwortet. Er nimmt uns mit auf eine Zeitreise durch die Entwicklung der Halbleitertechnik, beginnend beim ersten Apple-Computer »Apple 1« aus dem Jahr 1976 über die Entwicklung des ersten iPhones bis hin zu kleinteiligster und hochmoderner Halbleitertechnik, wie sie beispielsweise in Herzschrittmachern zu finden ist. Der Begriff Miniaturisierung spielt dabei für den Erfolg und die Revolution der Halbleitertechnik eine entscheidende Rolle. Sie zeigt sich z. B. daran, dass Prozessoren immer kleiner geworden sind, dafür aber die Anzahl der Transistoren und die Taktrate zugenommen haben. Das hat unter anderem eine enorme Steigerung der Leistungsfähigkeit moderner Elektronik ermöglicht. Ein Beispiel: Es wäre machbar, mit dem iPhone 6 120 Millionen Apollo 11-Missionen gleichzeitig durchzuführen.
Zu den anderen Teilen der Videoreihe
Teil 1: Einführung in die Thematik
Teil 2: Was ist die Mikroelektronik?
Teil 3: Warum ist das Silizium für die Mikroelektronik so wichtig?
Teil 4: Wie wird aus Halbleiterbauelementen ein mikroelektronisches System?
Teil 5: Was sind Halbleiterfirmen?
Teil 8: Prozesstechniken: Beispiel Wafer Bumping
Teil 9: Mikroelektronik ein weites Thema: Von Sensoren bis Quantencomputer
Exkurs: Der Große Hadronen-Speicherring
Mehr als 100 Meter tief unter dem Grenzgebiet zwischen der Schweiz und Frankreich befindet sich der weltweit größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger: der Large Hadron Collider (LHC) – oder auf Deutsch Großer Hadronen-Speicherring. In diesem Teilchenbeschleuniger werden Protonen oder Blei-Ionen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, um sie bei extrem hohen Energien aufeinanderprallen zu lassen. Durch diese Kollisionen entstehen winzige Teilchen, die Spuren in den angeschlossenen Detektoren hinterlassen und von Wissenschaftler:innen untersucht werden können. Daraus lassen sich Materiezustände bekannter oder eventuell noch unbekannter Elementarteilchen berechnen.
Im Zentrum des LHC befindet sich ein großer Sensor, der aus Siliziumbausteinen besteht, die das Signal dieser Kollisionen aufnehmen und über eine weitere Elektronikschaltung auswerten. Die gesamte Prozesstechnik erfolgt auf Silizium-Wafern, deren Chips dann miteinander verbunden werden müssen. Das bedeutet: Auch im Inneren dieser riesigen Maschine findet sich Mikroelektronik. Die Entdeckung des Higgs-Bosons wäre ohne Mikroelektronik also nicht möglich gewesen.
