IMEC-Fellow kommentieren das mooresche Gesetz - Teil 6 Prof. Dr. Paul Heremans »Mooresches Gesetz gilt auch für die Dünnschicht-Elektronik«

Moore´s Gesetz
Moore´s Gesetz

Das Gesetz von Gordon Moore ist nur eine auf die Mikroelek­tronik angewandte Variante des Massenfertigungsgesetzes, das Theodore Paul Wright 1936 formulierte. Deshalb gilt es nach Prof. Dr. Heremans mit gewissen Erweiterungen auch für die Dünnschicht-Elektronik.

Die meisten Menschen kennen das mooresche Gesetz unter dem Stichwort „Verdoppelung der Zahl der Transistoren auf einem Chip alle zwei Jahre“. Diese Interpretation ist das Ergebnis wirtschaftlicher Betrachtungen. Moores Voraussage bestand darin, dass „die Zahl der Transistoren auf einem Chip bei gleich bleibender Chipfläche exponentiell steigen wird, weil damit die Kosten pro Einheit der Rechenleistung mit integrierten Transistoren über der Zeit exponentiell abnehmen“. In meinem Arbeitsbereich – Dünnschicht-Elektronik – verfügen wir nicht über ähnliche Maßstäbe zur Schaffung kleinerer Transistoren wie in der konventionellen Silizium-Mikroelektronik. Wir begannen mit Transistoren mit Strukturen von 10 μm und haben diese Technik in Richtung 5 und 2 μm weiterentwickelt. Vielleicht werden wir eines Tages auf Transistoren mit Strukturgrößen von 0,5 μm übergehen. Somit ist das mooresche Gesetz, das implizit die Transistor-Skalierung voraussetzt, nicht direkt auf die Dünnschicht-Elektronik anwendbar. Trotzdem bin ich fest davon überzeugt, dass bald auch in meinem Bereich ein Gesetz der Skalierung ins Spiel kommen wird. Doch anstelle des moore­schen Gesetzes sollten wir besser das Gesetz von Wright betrachten.

In den 1930ern, gut 30 Jahre früher als Moore, postulierte Wright, dass die Kosten eines Produkts mit dessen kumulativer Produktion fallen. Mit anderen Worten: Je mehr wir von einem Produkt herstellen, desto besser werden wir in dessen Fertigung. Deshalb sinken die Produktionskosten. Man könnte sogar sagen, das moore­sche Gesetz ist ein Spezialfall des Gesetzes von Wright für Transistoren und Elektronikprodukte.

Gegenwärtig ist die Dünnschicht-Elektronik mit dem klassischen Henne-und-Ei-Problem konfrontiert: Sie braucht die Massenfertigung, um die Produktionskosten tragbar zu machen. Und zugleich braucht sie die niedrigen Produktionskosten, bevor sie in hohen Stückzahlen gefertigt und eingesetzt werden kann. Komponenten wie Dünnschicht-RFID-Tags können eine bedeutende Rolle bei der Schaffung des Internet der Dinge übernehmen. Durch den Einsatz dieser kostengünstigen Funketiketten kann man beliebige Alltagsgegenstände mit „Intelligenz“ ausstatten. Billionen dieser RFID-Etiketten werden dazu benötigt. In den involvierten Industrien sucht man einen Weg, um hier das wrightsche Gesetz ins Spiel zu bringen, indem man die zahlreichen unterschiedlichen Applikationen der Dünnschicht-Elektronik mit dem Internet der Dinge verkoppelt. Alles das sollte das Produktionsvolumen der Dünnschicht-Elektronik stark erweitern – mit dem Folgeeffekt, dass der Preis pro Komponente dank des Kumulationseffekts der Produktion entsprechend fällt.

 

Der Autor

Prof. Dr. Paul L. Heremans
promovierte 1990 in Elektrotechnik an der Katholieke Universiteit (KU) Leuven, Belgien. Danach ging er zum IMEC und arbeitete in der Optoelektronik-Gruppe auf dem Gebiet optischer Interchip-Verbindungen und effizienten, Licht emittierenden III-V-Dünnschicht-Dioden mit texturierten Oberflächen. Sein Haupt¬augenmerk liegt heute auf der organischen Elektronik, einschließlich Schaltungen, Backplanes und Speicher, sowie auf der organischen Photovoltaik.
Paul Heremans ist IMEC Fellow und Professor im Fachbereich Elektrotechnik der Universität Leuven. Er leitet als Direktor die Abteilung Large-Area Electronics bei IMEC sowie das Forschungsprogramm „Organic and Oxide Transistors“ am HOLST Centre, einer gemeinsamen Forschungseinrichtung von IMEC und der niederländischen Organisation für angewandte naturwissenschaftliche Forschung (TNO).