Der dies­jäh­rige Res­sel­preis der TU-Wien geht an den Elek­tro­tech­ni­ker Mar­kus Jech. Seine Modelle ermög­li­chen die rich­tige Ein­schät­zung von Feh­lern und Halt­bar­keit win­zi­ger Elektronik-Bauteile.

Vom Smart­phone bis zum Com­pu­ter­chip in der Wasch­ma­schine : Men­schen sind jeden Tag dar­auf ange­wie­sen, dass unzäh­lige win­zige elek­tro­ni­sche Bau­teile zuver­läs­sig funk­tio­nie­ren. Diese Garan­tie ist jedoch eine schwie­rige Auf­gabe : Immer klei­ner wer­den die Tran­sis­to­ren für moderne Chips und so kön­nen bereits win­zige Feh­ler auf ato­ma­rer Skala das Ver­hal­ten des Tran­sis­tors maß­geb­lich beeinflussen.

Mar­kus Jech unter­sucht am Insti­tut für Mikro­elek­tro­nik der TU Wien, wie Zuver­läs­sig­keit und Feh­ler­ver­hal­ten elek­tro­ni­scher Bau­teile berech­net und ver­bes­sern wer­den kann. Für seine von Tibor Gras­ser betreute Dis­ser­ta­tion erhielt er nun den dies­jährigen Res­sel-Preis der TU-Wien. 

Klei­nere Bau­teile erge­ben andere Gesetze
„Wenn ein Bau­teil rela­tiv groß ist, dann kann man sta­tis­tisch abschät­zen, mit wie vie­len Feh­lern dort zu rech­nen ist. Und dar­aus kann man dann ablei­ten, wel­che Aus­wir­kun­gen die Feh­ler für das elek­tro­ni­sche Ver­hal­ten des Bau­teils haben“, erklärt Mar­kus Jech. Dafür gibt es gut erprobte Berech­nungs­me­tho­den, die von Chip­her­stel­ler­fir­men seit Jah­ren ver­wen­det werden.

Die zuneh­mende Minia­tu­ri­sie­rung der Bau­teile macht die Sache nun kom­pli­zier­ter : Tran­sis­to­ren auf moder­nen Chips sind nur wenige Nano­me­ter groß und wenn die­ser nur noch aus einer rela­tiv klei­nen Zahl von Ato­men besteht, dann kann es eine große Rolle spie­len, wie viele Mate­ri­al­feh­ler wel­cher Art an wel­cher Stelle ein­ge­baut sind. Das elek­tro­ni­sche Bau­teil kann nicht mehr ein­fach durch seine Geo­me­trie und Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten beschrei­ben, man muss es auf ato­ma­rer Skala untersuchen.

Die Brü­cke zwi­schen Quan­ten­phy­sik und makro­sko­pi­schen Methoden
Mar­kus Jech hat in sei­nen Com­pu­ter­mo­del­len daher eine Brü­cke gebaut zwi­schen den quan­ten­phy­si­ka­li­schen Metho­den zur Beschrei­bung ein­zel­ner Atome und makro­sko­pi­schen Metho­den für die gro­ßen Objekte. „Wich­tig ist das vor allem auch, um die Halt­bar­keit elek­tro­ni­scher Bau­teile vor­her­sa­gen zu kön­nen“, erläu­tert Jech. Um abschät­zen zu kön­nen, wie lange die Bau­teile im nor­ma­len Betrieb ihre Auf­gabe erfül­len wer­den, wer­den sie im Expe­ri­ment extre­men Bedin­gun­gen aus­ge­setzt, etwa erhöh­ten Span­nun­gen oder Temperatur. 

Aber wie erfolgt aus den Ergeb­nis­sen sol­cher Expe­ri­mente der Schluss auf die Lebens­dauer des Bau­teils unter Nor­mal­be­din­gun­gen ? „Auch dafür braucht es wie­der unsere Com­pu­ter­si­mu­la­tio­nen“, sagt Mar­kus Jech. „Nur durch sie kann man ver­ste­hen, wel­che Para­me­ter wel­che Rolle für zuver­läs­sige Schluss­fol­ge­run­gen spie­len.“ Jech stu­dierte Phy­sik an der TU-Wien und wech­selte nach sei­nem Abschluss an die Fakul­tät für Elek­tro­tech­nik und Infor­ma­ti­ons­tech­nik, wo er seit 2015 am Insti­tut für Mikro­elek­tro­nik forscht. Für seine Dis­ser­ta­tion erhält er nun den mit 13.000 Euro dotier­ten Resselpreis.