Vom Quantencomputer über medizinische Tests per Chip bis zur umweltverträglichen Produktion von Halbleitern: Seit 35 Jahren forschen Wissenschaftler am Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien (ZfM) in Chemnitz zu Technologien der Zukunft. Dabei befassen sie sich nicht nur mit winzigen Strukturen, die etwa 100.000 Mal kleiner sind als der Durchmesser eines Menschenhaares. Sie forschen auch bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Künftig sollen sie dafür einen neuen Reinraum bekommen.

Das an der TU Chemnitz angesiedelte Zentrum wurde 1991 gegründet, seine Wurzeln reichen aber weiter zurück, erklärt Direktor Harald Kuhn. Ziel sei gewesen, verschiedene Kompetenzen im Bereich Mikro- und Nanotechnologien zu bündeln. Geforscht werde seither etwa zu sogenannten MEMS - winzigen elektromechanischen Bauelementen, die unterschiedliche Funktionen auf einem Chip vereinen. Eine Anwendung dafür sind medizinische Tests. "Wir können quasi 32.000 Reagenzgläser auf einen Chip bringen", erklärt Kuhn. Mit einem Tropfen Blut könnten damit viele Stoffe präzise und innerhalb von Sekunden ausgelesen werden - etwa um Krankheiten festzustellen. Fachleute sprechen von Lab-on-a-Chip, also einem ganzen Labor auf einem Mikrochip.

Forschung zu Quantencomputern

"Wir entwickeln grundlegende Prozesse, nicht das fertige Produkt", betont der Experte. Dabei gehe es auch um Neuromorphic Computing. "Das heißt, wir bilden das menschliche Gehirn am Chip nach." So sollen millionenfach Daten parallel und energieeffizient verarbeitet werden. "Auf diesem Gebiet sind wir mittlerweile relativ weit." Mögliche Einsatzbereiche sind autonomes Fahren oder Robotik-Anwendungen in der Industrie.

Auch beim Thema Quantencomputer mischen die Chemnitzer Forscher mit. Konkret geht es um Ionenfallen. "Das ist die Herzkammer eines solchen Computers", erklärt Kuhn. Um stabil zu arbeiten, braucht es dabei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. "Wir haben dafür ein Labor aufgebaut, um Zuverlässigkeitsdaten bei 4 Kelvin zu ermitteln. Die sind nötig, um Quantencomputing robuster und zuverlässiger zu machen."

Giftige Gase in der Chipproduktion ersetzen

Für die Zukunft wollen die Chemnitzer Forscher auch dabei helfen, die Produktion von Halbleitern umweltverträglicher zu machen und künftig auf hochgiftige, extrem klimaschädliche Halogengase zu verzichten. Sie werden beim Ätzen mikroskopisch kleiner Strukturen in Silizium-Wafern verwendet. Ziel sei es, sie durch naturverträgliche Gase zu ersetzen, erläutert Kuhn. Er zieht einen Vergleich zum Löten, wo es ebenfalls gelungen sei, Blei im Lötzinn zu ersetzen.

Fast 90 Wissenschaftler arbeiten am ZfM an diesen Themen und kooperieren dabei mit anderen Instituten wie dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (Enas) sowie mit Unternehmen in und außerhalb der Region Chemnitz. Übergeordnetes Ziel sei es, die Forschungsergebnisse rasch in konkrete Produkte und Anwendungen zu überführen, betont Kuhn. Das solle die regionale Wertschöpfung stärken und zukunftssichere Arbeitsplätze schaffen.

Millioneninvestition für neuen Reinraum

Allerdings ist der genutzte Reinraum nach seinen Angaben für die Vorhaben zu klein geworden und veraltet. Abhilfe soll nun ein Neubau bringen. Für das rund 68 Millionen Euro teure Gebäude will das Land Sachsen einer Mitteilung zufolge nicht abgeflossene EU-Fördermittel nutzen. Nach aktuellen Planungen wird der neue Reinraum Mitte der 2030er Jahre bezugsfertig sein, erläutert Kuhn.

Das 35. Jubiläum des ZfM wurde am Mittwoch mit einem Symposium gefeiert.