Plastik statt Silizium – Traum oder Revolution?

Dr.-Ing. Joachim Pelka Geschäftsführer Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik

Überschriften wie „ICs aus Plastik“ und „Chips von der Rolle“ finden sich in diesen Tagen in der Fach- und Tagespresse wieder. Anlass ist ein neuer Förderschwerpunkt des BMB+F, der mit dem Namen „Polymerelektronik“ Phantasien über eine Elektronik der Zukunft beflügelt. Was verbirgt sich aber nun dahinter? Ist das das Ende der Siliziumära?

In der Tat hat die Entwicklung von Polymeren in den letzten Jahren erstaunliche Fortschritte gemacht. Kunststoffe dienen nicht mehr nur als Gehäuse und Klebstoffe, sie übernehmen auch die Rolle von aktiven Bauelementen. Displays auf Polymerbasis (OLEDs) sind bereits auf dem Markt, polymere Sensoren, Solarzellen und Batterien sind aus den Entwicklungslabors bekannt. Nachdem die halbleitenden Eigenschaften von Kunststoffen in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts entdeckt wurden, machte Philips vor einiger Zeit mit der Vorstellung eines vollintegrierten Plastik-ICs Furore. Seitdem reißen die Diskussionen über das Ende des Siliziumzeitalters nicht ab.

Die Vorteile polymerer Materialien liegen auf der Hand. Sie sind relativ billig, einfach zu verarbeiten und sie lassen sich in ihren Eigenschaften maßschneidern. Bei einem Blick auf die elektrischen Eigenschaften setzt jedoch schnell die Ernüchterung ein. Plastiktransistoren sind langsam. Die schnellsten Labormuster erreichen heute Taktraten um 100 kHz und sind damit um vier Größenordnungen langsamer als ein Standard-Mikroprozessor. Ein Ende des Siliziumzeitalters daraus ableiten zu wollen, ist also sicher verfrüht.

Die tatsächlichen Vorteile liegen an ganz anderer Stelle. Für Anwendungen mit geringer Komplexität, wie beispielsweise für Transponder, werden die Kos-ten für den einzelnen Chip vernachlässigbar; sie sinken deutlich unter 1 Cent. Die Kosten für die Montage eines solchen ICs betragen jedoch etwa 1 Euro, wobei eine deutliche Reduzierung nicht abzusehen ist. Polymerelektronik ist dagegen im Durchlauf druckbar, aufwändige Montagekosten entfallen und eine teure Halbleiterfabrik ist für die Herstellung nicht notwendig. Polymerelektronik kann daher im Segment der Low-Cost-/Low-Performance-Elektronik mit geringen Anforderungen an die Lebensdauer Märkte erschließen, die vom Silizium nicht erreicht werden können. Dies gilt speziell für die elektronische Kennzeichnung, in der der elektronische Barcode mit seinen erweiterten Funktionen den klassischen Barcode einmal ablösen soll.

Polymerelektronik wird also das Silizium in Bereichen ergänzen, in denen die klassische IC-Technik zu teuer ist. Dies stellt eine einmalige Chance für branchenfremde mittelständische Unternehmen dar, in diese Technologie einzusteigen und Polymerelektronik als Mehrwert in ihre Produkte zu integrieren. Eine Fertigung von Polymer-Transpondern beispielsweise kann und soll in die Verpackungsherstellung integriert werden. Auf diesem Wege wird die Polymerelektronik tatsächlich eine Revolution der Elektronik einleiten.