Alwin Daus ist neuer Tenure-Track-Professor für Sensoren an der Universität Freiburg

Prof. Dr. Alwin Daus ist seit dem 31. Mai 2023 Tenure-Track-Professor für Sensoren am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg. Der Elektroingenieur arbeitete zuvor an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen, der Universität Stanford/USA und der ETH Zürich/Schweiz. Er wird von seiner Emmy-Noether-Gruppe begleitet, die sich mit dem Wachstum neuer zweidimensionaler Halbleiter und deren Einsatz in flexiblen Feldeffekttransistoren beschäftigt. „Ich freue mich darauf, in Zukunft mit Kolleg*innen an verschiedenen Freiburger Instituten wie dem IMTEK, dem Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH), der Medizinischen Fakultät und den Fraunhofer-Instituten zusammenzuarbeiten“, sagt Daus.

Vielversprechende neue Materialien

Im Mittelpunkt der Forschung von Daus steht die Verwendung von Dünnschicht-Halbleitermaterialien, die mithilfe von Niedertemperaturprozessen in Bauelemente eingebaut werden können. Dazu gehören amorphe Oxid-Halbleiter wie zum Beispiel Indium-Gallium-Zink-Oxid oder Indium-Zinn-Oxid, die bereits bei Raumtemperatur abgeschieden werden können, und 2D-Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMDs), für die Daus einen eigenen Integrationsansatz für flexible Elektronik entwickelt hat. Die Integration mit einem niedrigen Wärmebudget ist wichtig, weil flexible Plastikfolien in der Regel nur etwa 150 bis 300 Grad Celsius aushalten, bevor sie sich zersetzen.

In ähnlicher Weise gibt es in der Technologie der integrierten Siliziumschaltungen (ICs) zunehmend Bemühungen für Niedertemperaturprozesse. Diese ermöglichen die Integration funktionaler Bauelemente, etwa nichtflüchtiger Speicher, in der Metallisierungsebene (BEOL), bei der die Temperatur auf 400 bis 450 Grad Celsius begrenzt sein muss, um Veränderungen der darunter liegenden Siliziumelektronik zu verhindern.

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten

Die neuen Halbleiter-Dünnschichtmaterialien sind vielversprechend für eine Vielzahl von Sensoranwendungen wie Temperaturmessung, Dehnungsmessung und (bio-)chemische Messung. Daus möchte insbesondere Anwendungsszenarien erforschen, die flexible Substrate einschließen. Solche flexiblen Sensoren könnten eine wichtige Rolle in verschiedenen Internet-der-Dinge-Anwendungen wie Lebensmittelverpackungen, Waren- und Umweltüberwachung, elektronischer Haut sowie biomedizinischer Diagnostik spielen.

Darüber hinaus eröffnet die monolithische Integration neuer nichtflüchtiger Speicherbausteine in 3D-ICs neue Möglichkeiten für die nächste Generation von Mikroprozessoren, bei denen solche Bauelemente als eingebetteter Speicher oder für Rechnen-im-Speicher verwendet werden können. Ein Teil der Forschungsarbeit von Daus besteht darin, resistive Speicherbauelemente, sogenannte Memristoren, für den Einsatz in der dem Gehirn nachempfundenen neuromorphen Datenverarbeitung zu entwickeln, bei der jeder Memristor die Funktion einer Synapse in Analogie zum menschlichen Gehirn übernimmt.

Weitere Forschungsrichtungen

Neben der Arbeit an Sensoren und Speichern wird sich die Forschungsgruppe auch darauf konzentrieren, die Technologie der komplementären Transistoren (p-Typ und n-Typ) mit geringem Stromverbrauch auf den Hardware-Plattformen der flexiblen Elektronik und der BEOL 3D-ICs zu verwirklichen, um alle Bestandteile bereitzustellen, die in Sensorsystemen verwendet werden könnten. Eine weitere Richtung ist die Nutzung der Sonnenenergie mit 2D-TMDs, einer relativ neuen Technologie, die aufgrund ihrer hohen optischen Absorptionskoeffizienten ultradünne Absorberschichten ermöglicht.

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