Archiv der Kategorie: Zukunft

Die wohl teuerste Lampe der Welt

Gestern war ich zu Gast im Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) in Aachen. Der letzte Besuch ist bereits neun Jahre her und war im Rahmen meines Studienfachs “Lasertechnik”. Es ist das führende deutsche Institut für die Forschung an Lasern und  die Entwicklung von Lösungen für die Industrie. Dort lassen sich Laser bestaunen, die für alle spanenden und nicht spanenden Verfahren in der Materialbearbeitung eingesetzt werden können. Der Energieverbrauch für starke Laser bleibt weiterhin ein Problem, für das Lösungen entwickelt werden müssen.

Mein Besuch galt einem anderen Gerät, das nur indirekt mit Lasertechnik in Verbindung steht. Im eigenen Haus wird der Apparat gerne als die teuerste Lampe der Welt bezeichnet. Ziel ist die Herstellung von Licht, mit dem in der Halbleiterherstellung die Wafer beleuchtet werden können. Vom verwendeten Licht hängt es ab, welche Strukturgröße erzielt werden kann. Mit einer kleineren Strukturgröße lassen sich mehr logische Gatter auf der gleichen Grundfläche unterbringen. Weiterhin werden kleinere Ströme für den Betrieb der Gatter benötigt, was sich insbesondere für den mobilen Einsatz in einen längeren Akkubetrieb auswirkt oder es können die Schaltzeiten hochgeschraubt werden, was in schnellere Prozessoren endet.

Aktuelle CPUs der Intel Core-i-Serie liegen bei Strukturgrößen von 45 bis 32 nm. Diese Halbleiter können noch mit einer Weiterentwicklung der klassischen Projektionsbelichtung hergestellt werden. Die Projektionsbelichtung als Lithografieverfahren stammt aus der Fototechnik, bei dem mit Fotolacken behandelte Oberflächen durch eine Fotomaske (“Negativ”) belichtet werden. Dabei spielen das verwendete Licht und die Optiken eine Rolle. Durch Optimierungen konnten immer kleinere Strukturen erreicht werden. Anfang der 2000er war vermutet worden, dass Strukturen unter 50nm nicht mit der klassischen optischen Lithografie hergestellt werden können. Es wurde an neuen Verfahren geforscht. Zum einen gab es eine Weiterentwicklung durch die Immersionslithografie, bei der eine Flüssigkeit mit einem anderen Brechungsindex erstmalig Strukturen unter 50nm erlaubten und inzwischen 16nm erreicht werden können. Zum anderen ging die Entwicklung in den Bereich “extreme ultra violet” (EUV).

Beim EUV-Verfahren wird elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 13,5nm verwendet, um den Fotolack auf den Wafern zu bearbeiten. Es mussten insbesondere zwei Probleme gelöst werden: Die Herstellung von einer entsprechenden Strahlungsquelle und die Verarbeitung dieses Lichts, da es keine Materialien gibt, die für eine Strahlung von 13,5nm durchlässig ist. Das zweite Problem lässt sich relativ einfach durch den Einsatz von optischen Spiegeln statt Prismen lösen. Das gilt auch für die Transfermasken, die nun nicht mehr durchleuchtet werden können, sondern die Struktur in Spiegeln angelegt ist. Jedoch ist Luft ebenso ein Absorptionsmedium, weshalb der komplette Prozess von der Erzeugung des Lichts bis zum Aufbringen auf den Wafer im Hochvakuum durchgeführt werden muss.

Licht – technisch korrekter Strahlung – im Bereich von 13,5nm wird bei der Erzeugung von Plasma freigesetzt. Und hier kommt der Laser ins Spiel. In dem von mir betrachteten Verfahren (Laser -assisted Discharge Plasma, LDP) rotieren zwei mit einem kleinen Abstand nebeneinander liegende Metallscheiben, die zu einem Stück senkrecht in flüssigem Zinn eingetaucht sind. Das Zinn bleibt an den Scheibenrändern haften. Zwischen beiden Scheiben wird mittels einem Kondensator dauerhaft eine hohe Spannung aufgebaut. An dem Punkt, wo sich beide Scheiben am nächsten sind, führt ein Laser dem am Scheibenrand heftenden Zinn Energie hinzu, was zu einer Entwicklung von Plasma zwischen beiden Scheiben führt. Die dabei freigesetzte Strahlung wird fokussiert und zur Belichtung verwendet.

Aktuell befindet sich die Anlage im Stadium für die Einsatzreife zur Produktion. Nach anfänglichen Schwierigkeiten ist es nun möglich, das Plasma dauerhaft mit einer konstanten Strahlungsleistung zu erzeugen. Für einen effizienten Einsatz in der Produktion wird auf einen Durchsatz von 100 Wafern pro Stunde hingearbeitet.

Abgesehen von den Entwicklungskosten, liegt der Wirkungsgrad im Betrieb bei 0,3‰. Das Plasma hat eine Strahlungsleistung von 15W. Dem gegenüber steht eine Eingangsleistung von 50kW, die für den Betrieb der Anlage benötigt werden. Darin enthalten sind die Erzeugung der Spannung für den Kondensator, den Betrieb des Lasers, die Erzeugung des Hochvakuums und vieler Steuerungen. Bei einem Industriestrompreis von aktuell etwa 9¢/kWh sind das zwar “nur” 4,50€ pro Stunde – oder etwa 40000€ im Jahr bei Vollbetrieb. Im Vergleich dazu würde eine Energiesparlampe mit 15W bei gleichem Strompreis für die kWh bei 0,135¢ für eine Stunde Betrieb liegen – oder 11,83€ pro Jahr.

Der Plan mit der Selbstständigkeit

Vor etwa einem Jahr habe ich mit dem Gedanken gespielt, mich Selbstständig zu machen. Nach etwas Lektüre und guten Gesprächen mit anderen Selbstständigen kündigte ich im Oktober letzten Jahres meine Festanstellung, sodass ich in das Jahr 2011 frisch starten konnte. Nach einem halben Jahr ist Zeit für eine Zwischenbilanz.

Es gab Höhen und Tiefen. Es war nicht immer einfach, aber ich konnte einiges an Erfahrungen sammeln. Allein schon die Ämtergänge für den Existenzgründerzuschuss sind ein großartiges Beispiel für das verkorkste deutsche Beamtentum. Dann laufend Projektbewerbungen schreiben, Gespräche mit Leuten führen und letzten Endes doch wieder nur Absagen erhalten. Und plötzlich dieses Hoch als ich für ein paar Wochen bei dem sehr schönen Startup Readmill in Berlin mitwirken konnte.

Doch seit ein paar Tagen mache ich mir intensive Gedanken darüber, was ich eigentlich will. Also, welcher Job mir gefallen könnte und anders herum, was ich überhaupt bieten kann, damit ich für Projekte und Unternehmen interessant bin.

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Die Zukunft ist nah: Probefahrt im Elektroauto

Elektro-Smart beim smart urban stage in KölnIm Rahmen der c/o pop in Köln hat die Daimler AG im MediaPark ihre Wanderausstellung smart urban stage aufgebaut. Darin werden in einer Ausstellung diverse Projekte aus der Region gezeigt, die sich mit der urbanen Entwicklung in den Disziplinen Architektur, Design, Gesellschaft, Medien, Wissenschaft und natürlich Mobilität beschäftigen. Das Highlight ist eine Probefahrt in einem smart fortwo electric drive Mk. II, der komplett auf Batterie läuft. Anders als in Hybrid-Fahrzeugen ist kein Verbrennungsmotor eingebaut. Ich konnte es mir nicht nehmen lassen, eine halbe Stunde mit dem Wagen durch Köln zu fahren. Die Zukunft ist nah: Probefahrt im Elektroauto weiterlesen