Halbleiter – mal so, mal so
Bei Halbleitern handelt es sich um chemische Stoffe, die sowohl die Eigenschaften von elektrischen Leitern als auch von Nichtleitern aufweisen – daher auch Halbleiter. Als Mikrochips sind sie in nahezu allen elektrischen Systemen eingebaut. Sie zählen als Schlüsseltechnologie der vernetzten Welt.
Silizium/Siliziumkarbid – das Rohmaterial der vernetzten Welt
Silizium (Si) ist der am häufigsten in der Mikroelektronik eingesetzte Halbleiter. In der Chipproduktion wird hochreines, monokristallines Silizium verwendet. Bei Siliziumkarbid (SiC) werden im Herstellungsverfahren zusätzlich Kohlenstoffatome in die Gitternetzstruktur des Siliziums eingebaut. Dadurch lässt sich die Energieeffizienz steigern.
Wafer – die Halbleiterwelt in Scheiben
Übersetzt aus dem Englischen bedeutet Wafer so viel wie Waffel oder Oblate. In der Halbleiterwelt bezeichnet der Begriff kreisrunde Scheiben aus beispielsweise Silizium- oder Siliziumkarbid. Aus einer Schmelze der Halbleiter werden im sogenannten Ziehverfahren Zylinder des Rohmaterials von bis zu 300 Millimeter Durchmesser und mehr als einem Meter Länge hergestellt. Diese Zylinder werden anschließend in Scheiben – die sogenannten Rohwafer – gesägt. Diese sind jeweils dünner als ein Millimeter. In einem rund 14-wöchigen Fertigungsprozess entstehen daraus Halbleiterchips.
MEMS – Sehen, Fühlen, Riechen
Kleiner als ein Stecknadelkopf, rechteckig oder quadratisch und zwischen einem und vier Millimetern hoch – die winzigen MEMS-Sensoren sind in der vernetzten Welt wahre Alleskönner. MEMS steht dabei für mikroelektromechanische Systeme. Sie kommen quasi als Sinnesorgane in verschiedensten Anwendungen in Fahrzeugen zum Einsatz und versorgen die Steuergeräte mit wichtigen Informationen, beispielsweise ob sich das Auto auf glatter Fahrbahn dreht. Auch aus der Konsumenten- und Unterhaltungselektronik sind MEMS-Sensoren nicht mehr wegzudenken. Sie machen beispielsweise aus einem einfachen Mobiltelefon ein Smartphone, das wackelfreie Fotos schießt. MEMS-Sensoren bestehen im Wesentlichen aus einem MEMS-Element und einem ASIC auf einer winzigen Leiterplatte. Das Ganze ist von einer Schutzhülle umgeben.
ASICs – Chips mit eingebauter „Intelligenz“
Sind MEMS-Sensoren die Sinnesorgane der vernetzten Welt, übernehmen anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, sogenannte ASICs, die Rolle des Denkers. Sie verarbeiten die Informationen der MEMS-Sensoren und stoßen weitere Aktionen an. So sagen sie beispielsweise den Airbags im Fahrzeug, wann genau sie auslösen sollen. Auf den nur wenigen Quadratmillimeter großen Siliziumchips verbergen sich komplexe Schaltungen mit bis zu mehreren Millionen elektronischen Einzelfunktionen.
Leistungshalbleiter – sie strotzen vor Kraft
Die speziellen Halbleiterbauelemente übernehmen das Steuern und Schalten hoher elektrischer Ströme und Spannungen. Damit sind sie mit besonderen Schalt- und Leitungseigenschaften ausgestattet, da die hohen Ströme und Spannungen normale Halbleiterbauelemente zerstören würden. In Elektro- und Hybridfahrzeugen regeln sie in den Leistungselektroniken den Energiefluss zwischen Batterie und E-Motor und sorgen dafür, dass der Strom möglichst effizient genutzt wird.
Reinräume – nicht nur sauber, sondern rein
In den Fertigungsräumen der Halbleiterproduktion muss sichergestellt sein, dass keinerlei Staub- oder sonstige Verunreinigungspartikel in der Umgebungsluft vorhanden sind. Bereits kleinste Partikel können Halbleiterbauteile zerstören. Daher wird die Luft mit spezieller Absaug- und Filtertechnik sauber gehalten. Es gibt verschiedene Reinraumklassen. Die empfindliche Chipfertigung verlangt nach der reinsten Klasse 1. Für die Arbeitskleidung bedeutet das: Ganzkörperanzug, Handschuhe, Haube und Mundschutz. Und: Weder Make-up oder Lippenstift noch Lidschatten sind erlaubt.
