Neue Anwendungsfelder für Prozesse aus der Flachbildschirmtechnik am IGM

Das Institut für Großflächige Mikroelektronik (IGM) forscht aktuell an der Erweiterung und Übertragung verschiedener ursprünglich für die Flachbildschirmtechnik entwickelter Technologien in komplett neue Anwendungsfelder. Zwei Beispiele hierfür sind der Einsatz von Flüssigkristallen für künftige 6G-Mobilfunknetze und der Einsatz von Dünnschichttransistor Schaltungstechnik für die Quantensensorik.

Im BMBF geförderten Verbundprojekt 6G-LICRIS (Liquid Crystal Reconfigurable Intelligent Surfaces for 6G Mobile Networks) wird die Integrierbarkeit von auf Flüssigkristall Zellen basierenden intelligenten, rekonfigurierbaren, reflektiven Oberflächen (RIS) in zukünftige 6G-Mobilfunk Netzwerke erforscht. Prominentestes Beispiel für den heutigen Einsatz von Flüssigkristall Zellen als Lichtmodulator sind AM LCD (Active Matrix Liquid Crystal Display) Flachbildschirme. Weiterentwicklungen in der Flüssigkristallchemie und die immer höheren Frequenzen im Mobilfunk machen Flüssigkristalle aber auch für die Phasenmodulation von Funkwellen interessant. Die RIS sollen durch gezielt steuerbare Reflektion der Funkwellen (ähnlich einer zweidimensionalen Phasen Array Antenne, bei der die Phasenverschiebung der Einzelelemente durch die lokale Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle beeinflusst wird) die Netzabdeckung erhöhen und im Vergleich zum Einsatz von Repeatern den Energieverbrauch deutlich reduzieren. Aufgaben des IGM hierbei sind die Entwicklung und Optimierung von Fertigungsprozessen für flüssigkristallbasierte RIS Elemente und deren Integration mit einer angepassten (Aktiv-) Matrix Technologie. Darauf folgt die Entwicklung der Ansteuerung für die Matrizen und abschließend die Realisierung von RIS Modulen am IGM für die Charakterisierung und die Integration in Netzwerk Demonstratoren bei den Projektpartnern.

Im Rahmen des Graduiertenkollegs (GRK2642) "Quantensensor" werden am IGM Dünnschichtbauelemente, wie sie z. B. für die Bildpunktansteuerung und Kompensationsschaltungen in Aktiv Matrix OLED Bildschirmen Verwendung finden, erforscht, weiter optimiert und darauf aufbauend integrierte Sensor-, Verstärker-, und Ausleseschaltungen für Lichtsensoren und optogalvanische Spurengassensoren entwickelt. Ein diesbezüglicher Konferenzbeitrag bei der SID Display Week 2023 mit dem Titel "Ultraviolet Photodetectors and Readout Based on a-IGZO Semiconductor Technologyʺ wurde mit dem „Distinguished Student Paper Award“ ausgezeichnet und in einer Langfassung im "Journal of the Society for Information Display" veröffentlicht.

Bei optogalvanischen Spurengassensoren wird z. B. für die Detektion von Stickstoffmonoxid (NO) dieses in einer Messzelle durch Lasereinstrahlung in einen Rydberg Zustand angeregt und anschließend thermisch ionisiert. Die entstehenden Ladungen werden durch eine angelegte Spannung zu Elektroden geleitet und anschließend durch eine Strommessung nachgewiesen. Hierfür sollen Transimpedanzverstärker in Dünnschichtschaltungstechnik zusammen mit den Elektroden in der Messzelle auf der Wandung integriert werden.