Im Mittelpunkt des Projektvorhabens steht die Übertragung neurobiologischer Informationsverarbeitungsprinzipien und Informationsspeicherung in supraleitende memristive Systeme mit dem Ziel, energetisch hocheffiziente mikroelektronische Schaltungen für selbstadaptierende (neuromorphe) Systeme mit Parallelarchitektur zu realisieren. Technologisch geht es darum, supraleitende Mikroelektronik und neuromorphe Memristor-Elektronik zu verknüpfen. Durch diesen Ansatz sollen die Grenzen heutiger mikroelektronischer Systemkonzepte in Bezug auf Signalverarbeitungsgeschwindigkeit und Energieeffizienz rigoros verschoben werden. Zur Lösung dieser Fragestellungen sollen neuartig Materialsysteme, Bauelemente und Rechenarchitekturen entwickelt werden. Methodisch basiert das Vorhaben auf der physikalischen Untersuchung und Beschreibung quantenmechanischer Effekte, um diese für elektronische Bauelemente nutzbar zu machen, der Prozess- und Technologieentwicklung zur hardwaretechnischen Realisierung derartiger Bauelemente auf Waferebene mittels Dünnschichttechnologien und der Entwicklung schaltungstechnischer Entwurfskonzepte (Systemdesign).
Die in NSME geplanten Investitionen zielen insbesondere auf die Erforschung physikalischer und materialwissenschaftlicher Phänomene sowie die Prozessentwicklung für die Bauelementeintegration ab. Mittels Tieftemperatur-Rastertunnel- und Tieftemperatur-Rasterelektronen-Mikroskopie sollen die dafür erforderlichen Analysetechniken beschafft und durch eine Heliumrückgewinnung ressourcenschonend betrieben werden. Die definierte Abscheidung von oxidischen Schichten (Hf02/Al2O3) unter reduzierten Temperaturen soll mittels plasmaunterstützter Atomic Layer Deposition (PEALD), die Planarisierung von Mehrschichtaufbauten mit einer Chemical Mechanical Polishing Anlage (CMP) und die Strukturierung der Metallisierung (Nb, Al) durch einen chlorbasierten Ätzprozess (CI-ICP) mit präziser Prozessparameterkontrolle erfolgen. Zur Gewährleistung der lithografischen Strukturausichtung bei den realisierenden Mehrschichtaufbauten ist im Rahmen des Vorhabens geplant, den Lithografieprozess um eine Autoalignmentfunktion zu erweitern. Die Investitionen versetzen die TU Ilmenau in die Lage, wesentliche Beiträge zur Erforschung quantenmechanicher Effekte zu leisten und neuromorphe supraleitende memristive Elektroniken zu entwickeln. Darauf aufbauend sollen in der Zukunft mit Partnern aus der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland die Integrationsverfahren mit etablierten CMOS-Prozessen kombiniert und schrittweise eine Zellbibliothek für die Designskalierung aufgebaut werden. Die serientaugliche Herstellung neuromorpher supraleitender memristiver Elektroniken birgt ein enormes wirtschaftliches Potential mit großer gesellschafts- und umweltpolitischer Relevanz.
