Fluidische Selbstorganisation und Selbstkontaktierung von mikroskopischen Chips

• Antragsteller: Professor Dr. Heiko Jacobs; Dr.-Ing. Johannes Reiprich
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536407281

Die Produktion von fast allen durch den Menschen konzipierten Produkten, wie zum Beispiel Mikrosysteme, Smartphones oder Tablets, verwendet robotische Verfahren, um unterschiedliche Komponenten anzuordnen und zu verbinden. Trotz der Anwendungsvielfalt gibt es Bereiche, in denen die etablierten, seriellen Methoden des „Pick&Place“ und „Drahtbonden“ Skalierungsgrenzen erreichen. Ein Beispiel liefern Anwendungen, welche effizientes Anordnen und Verbinden von mikroskopischen Objekten mit hoher Präzision erfordern. Inspiriert von der Natur werden speziell im Bereich der Nanotechnologie selbstorganisationsbasierende Herstellungsverfahren als unabkömmlich eingeschätzt. Handelt es sich allerdings um mikroskopische Objekte (1-100 µm), lassen sich diese zurzeit nicht mit hoher Ausbeute, Durchsatz, und Präzision montieren und elektrisch verbinden. Es wird von einer Assemblierungs- und Kontaktierungslücke gesprochen. Das grundsätzliche Ziel dieser Forschung ist es, die beschriebene Lücke zu schließen. Konkretes Ziel ist es Verfahren zu entwickeln und zu entdecken, welche es ermöglichen, mikroskopische Halbleiterchips auf Oberflächen in einer massiv parallelen Weise zu verteilen und elektrisch zu verbinden. Im Gegensatz zu den meist verwendeten robotischen Methoden konzentriert sich das Vorhaben auf steuerbare Selbstassemblierungsprozesse. Dabei ergeben sich zwei wesentliche Herausforderungen. Die erste ist es, die minimale Chipgröße zu reduzieren (Ziel 1). Bisherige Selbstassemblierungsprozesse, welche Chips anordnen und kontaktieren, funktionieren nicht, wenn die Chips deutlich kleiner werden. Die Gründe dafür sind vielfältig. Betrachtet man das Volumen der einzelnen Baugruppen ist dieses nicht verwunderlich. Versucht man mikroskopische LEDs (10x10x2 µm³) mit einem 5000-fach kleineren Volumen als bisher verbaute Chips in bestehenden Apparaturen zu verbauen, ist dies nicht möglich. Erkenntnisse und Lösungswege erfordern eine neue Experimentierkammer und Experimente, welche das geänderte Verhalten in einem ersten Schritt in Abhängigkeit der Prozessparameter erfasst. Die zweite Herausforderung ist es Lösungen zu finden, welche eine elektrische Kontaktierung ermöglicht und die Anzahl der elektrischen Kontakte erhöht (Ziel 2). Allgemein gesagt, geht es um grundlegende Untersuchungen der relevanten Elemente wie Assemblierungskräfte, Rezeptor- und Bindungsstellendesigns, Komponentendesign, Transport, mechanische Anregung, und andere zu enthüllende Parameter. Funktionierende Design- und Wirkprinzipien sind bisher unzureichend bekannt. Der wissenschaftliche Verdienst liegt darin eine Wissensbasis zu erarbeiten, welche das „Engineering & Energy Landscaping“ von Selbstassemblierung- und Selbstkontaktierungsprozessen ermöglicht. Der Fokus liegt auf „Mikroskopischen Komponenten und Komponenten mit mehr als einem elektrischen Kontakt“. Ziel 3 beschäftigt sich damit, die gewonnen Erkenntnisse anzuwenden. Mikroskopische LEDs sollen in funktionierende Arrays verbaut werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen