Forscher der Technischen Universität Ilmenau wollen mit einem speziellen Funktechnikverfahren elektronische Produkte in der Mobilkommunikation vielseitiger und energiesparender machen. Damit könnten Handys mit minimalen Hardwareanforderungen die unterschiedlichen Zugangstechnologien GSM, UMTS und LTE gleichzeitig nutzen und von einer verlängerten Akku-Lebensdauer profitieren. Winzige leistungsfähige Funksensoren können Sicherheit und Komfort zu Hause und unterwegs, etwa im Auto, verbessern.

Das dazu initiierte Forschungsprojekt MUSIK (Multiphysikalische Synthese und Integration komplexer Hochfrequenz-Schaltungen) startet im August. Acht Wissenschaftler unter der Leitung von Professor Matthias Hein sollen sechs Jahre lang daran arbeiten, mikroelektronische und mikromechanische Bauelemente in eine Schaltungstechnologie zusammenzuführen.

MUSIK beschreibt ein Verfahren, mit dem herkömmliche Elektronik aus Transistoren mit mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) zusammengeführt werden. Mit den aus Halbleitermaterialien bestehenden Systemen lassen sich Signale steuern, filtern, verstärken, oder schalten. Gegenüber rein mikroelektronischen Bauelementen sind sie kleiner und nehmen weniger Leistung auf.

Bislang werden MEMS-Bauelemente als Schalter und kaum in komplexeren Hochfrequenz-Schaltungen eingesetzt. Da kombinierte mikroelektronische und mikro-elektromechanische Schaltungen erst seit kurzem entwickelt werden, existieren dafür – anders als für rein elektronische Systeme – noch keine verallgemeinerbaren Entwurfsmethoden. Diese Lücke möchte die Ilmenauer Forschergruppe nun schließen.

Die MUSIK-Wissenschaftler decken die gesamte benötigte Forschungskette ab: vom Systementwurf über den Bauteilentwurf bis zur Fertigung und Charakterisierung von Mustern. Ihr Forschungsgegenstand führt zu einer neuen Schaltungstechnik: der Hochfrequenz-Mikromechatronik. Indem die Forscher Silizium- und Keramiktechnologien zusammenführen, können unterschiedliche Silizium-Bauelemente in ein gemeinsames Keramiksubstrat eingebaut und miteinander verbunden werden.

Die Kombination von MEMS mit elektronischen Bauelementen in komplexen Hochfrequenz-Schaltungen bietet ein erhebliches Marktpotenzial. Die von der Forschergruppe entwickelten Methoden werden in Zukunft in kommerziellen Softwareprogrammen verwendet, beispielsweise für den Entwurf der Hochfrequenzteile von Mobiltelefonen oder Funksensoren für Umwelt, Medizin, Produktion und Logistik.

Das auf sechs Jahre angelegte Forschungsprojekt MUSIK wird für die erste Phase von drei Jahren von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit rund zwei Millionen Euro gefördert.

Allein an der TU Ilmenau sind vier verschiedene Fachgebiete aus dem fakultätsübergreifenden Institut für Mikro- und Nanotechnologien IMN MacroNano beteiligt (Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik; Mikromechanische Systeme; Elektronische Schaltungen und Systeme; Elektroniktechnologie), dazu das Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme (IMMS), ein an die Universität angegliedertes so genanntes An-Institut, und der Lehrstuhl für Technische Elektronik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.