Siliziumscheiben legen zu: 18 Prozent mehr Wafer-Fläche

Um 18 Prozent steigen die Silizium-Wafer-Lieferungen in diesem Jahr. Damit rechnet der Halbleiterverband "Semiconductor Equipment and Materials International" (SEMI).

Die Forderungen an die Kommunikationsgeräte der Zukunft widersprechen sich: Einerseits hätte man sie gern möglichst klein, damit sie wie die heutigen Handys in jede Westentasche passen. Andererseits wünscht man sich aber ein möglichst großes Display wie bei einem Laptop. Was vor kurzem noch unvereinbar schien, wird jetzt doch Realität. Der Trick: Das Display wird aufgerollt wie ein Rollo. Herausgezogen ist es größer als das Gerät selbst, und bei Nichtgebrauch benötigt es nur ein Mimimum an Platz.

Nachdem Prototypen von solchem „elektronischen Papier“ schon vor Jahren immer wieder vorgestellt wurden, kommt jetzt die Serienproduktion konkret in Sicht. Der Name ist durchaus treffend, vom Aussehen her wirkt ein solches Display wie ein Blatt Papier, nur etwas dicker. Die Information erscheint schwarz auf weiß und ist im normalen Umgebungslicht ohne Zusatzbeleuchtung weit besser ablesbar als auf reflektiven LCDs. Auch emissiven Displays (LCDs mit Hinterleuchtung und OLEDs) sind sie überlegen; diese tun sich im direkten Sonnenlicht schwer. Der Kontrast ist höher als bei Zeitungspapier, und im Gegensatz zu den LCDs bleibt er unter allen Blickwinkeln gleich. Der entscheidende Unterschied zum Papier: Die dargestellte Information wird elektronisch eingespeist und ist nach Belieben veränderbar. Als Zukunftsvision erscheinen damit elektronische Zeitungen und Bücher möglich, die nur mit dem Stoff gefüttert werden, den der Leser wünscht – über Kabel oder Funk, z.B. aus einem Rechner oder aus dem Internet, nach dem Lesen löschbar und mit neuen Informationen überschreibbar.

Es handelt sich hierbei um so genannte „elektrophoretische Displays“. Näher betrachtet, ist es nicht eine einzige Technologie, sondern mehrere verschiedene im Wettbewerb miteinander. Welche sich auf lange Sicht durchsetzen wird, ist noch ganz offen, das hängt von den Produktionsverfahren und der Kostenentwicklung ab.

Er gibt die Fläche der ausgelieferten Wafer für 2006 mit 7,811 Mio. Quadratzoll an und rechnet damit, dass sie 2007 um 4 Prozent, 2008 um 14 Prozent und 2009 um weitere 5 Prozent zunimmt, um dann 9,764 Mio. Quadratzoll zu erreichen. Insgesamt steigt die ausgelieferte Wafer-Fläche im Zeitraum zwischen 2005 und 2009 mit über 10 Prozent pro Jahr. Der größte Wachstumsbereich sind 300-mm-Wafer, die 2007 voraussichtlich auf einen Anteil von 30 Prozent an der gesamten ausgelieferten Wafer-Fläche kommen.

Das Grundprinzip: Millionen von winzigen Kügelchen (Durchmesser 50 bis 100 µm) schwimmen in Öl in einer dünnen, transparenten Silikonfolie. Sie sind auf der einen Seite schwarz und auf der anderen weiß eingefärbt und elektrisch polarisiert. Ohne Ansteuerung ist ihre Stellung statistisch verteilt, die Oberfläche sieht grau aus (Bild 1). Werden sie einem elektrischen Feld ausgesetzt, dann richten sie sich entsprechend aus, und die Oberfläche wird – je nach Polung des Feldes – entweder schwarz oder weiß. Die Einstellung ist bistabil, d.h., sie bleibt nach Entfernen des Feldes erhalten und ändert sich erst durch ein entgegengesetzt gepoltes Feld. Weil Energie nur zum Ändern der dargestellten Information benötigt wird und nicht zum permanenten Anzeigen, kommt das „SmartPaper“ im Vergleich zu hinterleuchteten LCDs oder OLEDs mit sehr viel weniger Energie aus – größenordnungsmäßig 1/10 bis 1/100, je nach Häufigkeit der Neubeschreibung. Das ist sehr vorteilhaft in batteriebetriebenen Geräten. Gleichzeitig sind solche Displays auch noch weitaus dünner und leichter als die jetzigen LCDs.

Die kleinen Kügelchen erhielten den Namen „Gyricon“. Xerox gliederte den Bereich im Jahr 2000 als eigene Firma aus mit dem Namen „Gyricon Media Inc.“ in Ann Arbor, Michigan (www.gyriconmedia.com). Erfinder Sheridon ist nach wie vor Entwicklungsleiter, inzwischen mit über 25 Jahren Erfahrung. Für die Massenherstellung des Grundmaterials wurde eine Kooperation mit 3M vereinbart.

Elektronische Tinte

Wenn irgendwo eine bahnbrechende Erfindung gemacht wird, dann kommt auch immer sehr schnell Wettbewerb dazu auf. Konkurrierende Entwickler versuchen, das gleiche Ziel mit anderen Mitteln zu erreichen und dabei die schon bestehenden Patente geschickt zu umschiffen. So ist dann auch zum „elektronischen Papier“ eine Alternative aufgekommen – technologisch anders, aber in Erscheinungsbild und Anwendung sehr ähnlich, die „elektronische Tinte“ (electronic ink, e-ink).

Das Grundprinzip hat 1993 der Physiker Joseph Jacobson am Massachusetts Institute of Technology (MIT) erfunden. Nachdem sich Erfolgsaussichten abzeichneten, wurde – weil die weltbekannte Forschungsstätte keine Serienproduktion im Sinn hat – dieser Bereich 1997 als eigene Firma namens E-Ink (Cambridge, Mass./USA) ausgegründet (www.e-ink.com). Kernelemente sind hier ebenfalls Kügelchen in ähnlicher Größe, jedoch hohl. In der ältesten Form sind sie mit einem schwarzen Öl gefüllt, in dem weiße, positiv geladene Titandioxid-Partikel schwimmen. Diese werden durch ein elektrisches Feld entweder an die Oberfläche gezogen, wobei diese weiß erscheint, oder von ihr weggestoßen, so dass sie schwarz aussieht. Bei der jüngeren Version, die mittlerweile bevorzugt wird, sind die Kügelchen mit einer klaren Flüssigkeit gefüllt, in der sich sowohl weiße wie schwarze Partikel befinden, die verschieden geladen sind (weiße positiv, schwarze negativ). Je nach angelegter Spannung steigen die schwarzen oder die weißen an die Oberfläche (Bild 2).

Wie beim Gyricon-Prinzip bleibt das Bild auch hier nach Abschalten des elektrischen Feldes stehen. E-Ink erreicht derzeit eine maximale Auflösung von 160 Pixel pro Zoll. Als Lebensdauer werden derzeit 10 000 Stunden genannt. Der Reflexionsgrad liegt bei 37 %, der Kontrast bei 8:1, als Betriebstemperaturbereich ist 0 bis +50 °C angegeben. Bild 3 vergleicht die Leistungsaufnahme gleich großer Displays konkurrierender Technologien.