Das Institutsgebäude

Institut für Großflächige Mikroelektronik (IGM)

Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung an Themen wie Dünnschichtelektronik (TFTs), Displayeffekten (LCD, OLED) und Mikromechanik (MEMS)

Das Institut stellt sich vor

Seit der Eröffnung des "Labors für Bildschirmtechnik" im Jahre 1991 hat sich das Gebiet der Flüssigkristallanzeigen mit Ansteuerung durch TFTs aus amorphem Silizium zu einem Milliarden-Markt entwickelt und eine enorme technologische Reife erreicht. Die Forschungsaktivitäten des Instituts haben sich dementsprechend verstärkt zu anderen, bisher noch neuartigen Prozessen und Materialien in der Bildschirmtechnik verlagert.
An erster Stelle sind hier sicher die Arbeiten auf dem Gebiet der organischen Leuchtdioden (OLEDs) zu nennen. Neben der Entwicklung von Prozessen für die eigentliche organische Leuchtschicht und insbesondere auch für deren Verkapselung liegt ein wichtiger Forschungsschwerpunkt vor allem bei der Entwicklung von Technologien für Aktiv-Matrix Backplanes, die für die Ansteuerung von OLED-Displays geeignet sind. Das "Institut für Großflächige Mikroelektronik" hat hier sowohl mit Prozessen auf Basis von Polysilizium als auch mit mikrokristallinem und polymorphem Silizium Erfolge vorzuweisen. Durch die Kombination der am Labor entwickelten Backplane-Technologien mit den OLED-Prozessen und der langjährigen Erfahrung im Bereich der Display-Ansteuerung hat das Institut die Möglichkeit, vollständige Aktiv-Matrix OLED Anzeigen aufzubauen. Seit einigen Jahren erwächst durch Halbleiter auf Metalloxidbasis, vor allem Indium-Gallium-Zink-Oxid eine Alternative zu amorphem und polykristallinem Silizium. Auch auf diesem Gebiet wurde am IGM intensiv geforscht, so dass inzwischen Aktiv-Matrizen auch mit Oxidhalbleitern erfolgreich gefertigt werden können.


Neben den Silizium- und Metalloxidbasierten TFT-Prozessen forscht das Institut auch an Dünnschichttransistoren mit organischen Halbleitermaterialien und an solchen, die auf Kohlenstoffnanoröhren basieren. TFT-Prozesse mit solchen neuartigen Halbleitermaterialien haben das Potential, in Zukunft kostengünstigere Herstellungsverfahren zu ermöglichen als dies auf Basis von Silizium möglich ist, da keine aufwendigen Vakuum-Anlagen benötigt werden. Zudem sind die Prozesstemperaturen bei diesen Verfahren oft niedrig genug, dass neben der Herstellung von Displays auf klassischen Glassubstraten auch der Einsatz von Kunststofffolien als Substratmaterial interessant wird. Die Fertigung von Displays auf flexiblen Substraten wie Stahl- und Kunststofffolien ist generell ein wichtiges Forschungsgebiet des Instituts. Auch im Bereich der Flüssigkristall-Zellen beschäftigt sich das Institut unter anderem mit Prozesstechniken für flexible Displays.


Neben den verschiedenen Technologien für flache Bildschirme ist die optische Signalverarbeitung ein weiteres Forschungsgebiet des Instituts. Ein Schwerpunkt liegt hier in Syntheseverfahren für optische Filter, die vor allem im Bereich der Nachrichtentechnik eine wichtige Rolle spielen.


Im Bereich der Lehre deckt Professor Frühauf die Gebiete der Filtersynthese, der optischen Signalverarbeitung und der Dünnschicht- und Bildschirmtechnik ab. In verschiedenen Praktika können Studierende eigene Erfahrungen sammeln. Ganz besonders ist hier das Fachpraktikum zu nennen, bei dem die Teilnehmenden selbsttätig im Reinraum des Instituts Flüssigkristallzellen für eine Uhr mit Siebensegmentanzeige bauen. Dies gibt  einen sehr grundlegenden Einblick in die Prozesse der Bildschirmtechnik. Der wohl wichtigste Teil der studentischen Ausbildung ist die selbständige wissenschaftliche Arbeit im Rahmen von Bachelor-, Forschungs- und Master-Arbeiten. Das Institut betreut hier jedes Jahr zwischen 15 und 20 Arbeiten.
Ermöglicht werden die umfangreichen Tätigkeiten des IGMs in Forschung und Lehre auch durch ein verlässliches Team an Mitarbeitern.

Geschichte des Instituts

+-

Die Geschichte der Elektrotechnik an der Universität Stuttgart begann 1882 mit den ersten Vorlesungen von Wilhelm Dietrich (1852 - 1930), der dann 1883 auch auf den ersten Lehrstuhl für Elektrotechnik am damaligen Polytechnikum Stuttgart berufen wurde, damals noch als Abteilung des Maschinenwesens.
1921 wurde Fritz Emde (1873 - 1951) zu seinem Nachfolger berufen, der das "Institut für Theorie der Elektrotechnik" gründete. Der Schwerpunkt der Forschung lag damals auf dem Gebiet der elektromagnetischen Felder.
1939 trat Wilhelm Bader (1900 - 1984) die Nachfolge Emdes an, wobei er dem Institut die Theorie elektrischer Netzwerke als weiteres Arbeitsgebiet neben der Feldtheorie hinzufügte. Insbesondere auf dem Gebiet der Synthese elektrischer Netzwerke leistete Bader Pionierarbeit.
Nach der Emeritierung Baders wurden die Arbeitsgebiete auf zwei getrennte Institute aufgeteilt. Günther Lehner übernahm 1972 das "Institut für Theorie der Elektrotechnik" (heute IIS) und führte den Schwerpunkt der Feldtheorie fort. Das Gebiet der Netzwerktheorie übernahm Ernst Lüder 1971 im neu gegründeten "Institut für Netzwerk- und Systemtheorie". Als zusätzliches Gebiet hat Ernst Lüder die Systemtheorie in die Lehr- und Forschungstätigkeit des Instituts aufgenommen, die mit mathematischen Methoden das zeitliche und frequenzabhängige Verhalten von linearen Systemen beschreibt.

Um die untersuchten elektrischen Netzwerke auch realisieren zu können, wurde bereits 1971 ein Labor für Dünn- und Dickschichttechnik aufgebaut. Nachdem zuerst vor allem an Sensoren geforscht wurde, kamen dann ab 1978 auch Dünnschichttransistoren (TFTs) auf Glassubstraten hinzu. Die Entwicklung von Prozessen für die Herstellung von Dünnschichttransistoren auf Glassubstraten hatte zu der Zeit bereits eine sehr große Praxisrelevanz, da in den 1970er Jahren mit der Erfindung der TN-Zelle Flüssigkristallanzeigen (LCDs) ihren wirtschaftlichen Durchbruch hatten. Der Einsatz von Dünnschichttransistoren als Schaltelement in den einzelnen Bildpunkten (Pixeln) ermöglicht den Aufbau von Flüssigkristallanzeigen mit aktiven Ansteuermatrizen, die eine Voraussetzung für LCDs mit hoher Auflösung und guter Bildqualität sind. Die große Bedeutung von Dünnschichttransistoren für die Bildschirmtechnik zeigt sich schon darin, dass der Begriff "TFT" umgangssprachlich zum Synonym für Aktiv-Matrix LCDs geworden ist.
Über die Forschung an Prozessen für Dünnschichttransistoren kam das "Institut für Netzwerk- und Systemtheorie" zur Bildschirmtechnik und beschäftigte sich im folgenden dann nicht nur mit den eigentlichen TFT-Prozessen, sondern auch mit den weiteren für den Bau von Flachbildschirmen nötigen Komponenten und Technologien. Bereits im Jahr 1982 entstanden so erste vollständig am Institut gefertigte Aktiv-Matrix Flüssigkristallanzeigen.
In den 1980er Jahren zeichnete sich ab, dass sich für flache Flüssigkristallanzeigen viele neue Einsatzmöglichkeiten ergeben und dass diese in der Zukunft eine hohe wirtschaftliche Bedeutung haben werden. Das Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) und das Land Baden-Württemberg entschieden sich 1988 daher, in Deutschland ein Forschungslabor für Bildschirmtechnik aufzubauen, das sich insbesondere auch gezielt an den Erfordernissen einer industriellen Fertigung und Anwendung von Flachbildschirmen orientiert. Unter der Leitung von Ernst Lüder entstand so das "Labor für Bildschirmtechnik" als Teil des "Instituts für Netzwerk- und Systemtheorie" an der Universität Stuttgart. Das 1991 eröffnete Labor befindet sich am Campus Stuttgart-Vaihingen und hat als Herzstück einen Reinraum mit einer Nutzfläche von 480 m². Bei der Konzeption des "Labors für Bildschirmtechnik" stand von Anfang an eine anwendungsorientierte Forschung und die Übertragbarkeit auf industrielle Prozesse im Vordergrund. Das Labor besitzt daher die vollständige Ausstattung, um auf Glassubstraten mit Seitenlängen von bis zu 16 Zoll (406mm) Aktiv-Matrix LCDs zu bauen. Die Möglichkeit, auf solchen großen Substratgrößen (für Forschungsmaßstäbe) vollständige Flachbildschirme bauen zu können, macht das "Labor für Bildschirmtechnik" zu einer in ganz Europa einzigartigen Forschungseinrichtung.
Die Forschungsaktivitäten des Labors umfassten Bildschirme mit Ansteuermatrizen aus amorphem und polykristallinem Silizium und aus CdSe und Anzeigen mit MIM-Adressierung. Zudem wurde eine Vielzahl verschiedener Flüssigkristalleffekte untersucht und eingesetzt. Neben den kommerziell verbreiteten TN- und VA-Zellen waren auch weniger gebräuchliche Konzepte wie PDLCs und Guest-Host Zellen Teil der Forschung, sowie bistabile Displays mit cholesterischen und ferroelektrischen Flüssigkristallen. Seit seiner Gründung hat das "Labor für Bildschirmtechnik" zahlreiche Forschungserfolge vorzuweisen und genießt weltweite Anerkennung.
Die meisten der Forschungsaktivitäten erfolgen im Rahmen von Drittmittel-Projekten. Neben der Förderung durch den Bund oder durch die Europäische Union spielt insbesondere auch die Zusammenarbeit mit zahlreichen industriellen Partnern aus Deutschland und dem übrigen Europa aber auch aus Nordamerika und Asien eine wichtige Rolle. Gerade für Firmen in Deutschland stellen die umfassenden Forschungsmöglichkeiten des "Labors für Bildschirmtechnik" eine attraktive Möglichkeit dar, auf dem Gebiet der flachen Bildschirme eigenes Know-How aufzubauen, da dieser Bereich sonst vor allem von Firmen aus dem asiatischen Raum dominiert wird.

Nachdem Ernst Lüder im Jahr 1999 in den Ruhestand ging, wurde das bisherige "Institut für Netzwerk- und Systemtheorie" zum "Institut für Systemtheorie und Bildschirmtechnik" umbenannt und die umfangreichen Arbeitsfelder des Instituts auf zwei Lehrstühle aufgeteilt. Der "Lehrstuhl für Systemtheorie und Signalverarbeitung" wurde ab Oktober 2001 von Prof. Dr.-Ing. Bin Yang geleitet. Die Aktivitäten auf dem Gebiet der Flachbildschirme wurden seit März 2001 von Prof. Dr.-Ing. Norbert Frühauf im "Lehrstuhl für Bildschirmtechnik" fortgeführt.

Aufgrund der stetig steigenden Bedeutung großflächiger mikroelektronischer Systeme neben der Bildschirmtechnik - beispielsweise auch die Realisierung gedruckter organischer Schaltungen - wurde im Juni 2011 das eigenständige Institut für Großflächige Mikroelektronik gegründet. Die bisherigen Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Flachbildschirme werden im, dem Institut zugeordneten, Labor für Bildschirmtechnik weitergeführt. Hinzu kommen Forschungsprojekte in zahlreichen weiteren Anwendungsgebieten der großflächigen Mikroelektronik, wie der Realisierung adaptiver optischer Systeme, räumlich verteilte Sensor- und Modulatorsysteme und gedruckte elektronische Systeme.