Sachsen, eine Region in Ostdeutschland, ist das pulsierende Herz der europäischen Mikroelektronik: Jeder dritte in Europa produzierte Chip wird in Sachsen hergestellt. Für viele Forscher und Studenten in diesem Bereich führt kein Weg an "Silicon Saxony" vorbei:

Foto: SMWK / Ben Gierig

“Ich habe mich wegen der Möglichkeiten, die es für meine Halbleiterforschung gibt, für Sachsen entschieden. Sachsen ist das wichtigste Zentrum für Halbleitertechnologien in Europa, es bietet erstklassige Einrichtungen und viele Möglichkeiten, mit der Industrie zusammenzuarbeiten.”

Dr. Erika Covi aus Italien | Senior Wissenschaftlerin | Kognitive Systeme -NaMLab gGmbH| ein TU Dresden Unternehmen

Zwischen den Städten Dresden, Freiberg und Chemnitz hat sich ein einzigartiges Cluster von Unternehmen und Forschungseinrichtungen mit Know-how in den Bereichen Mikro- und Nanoelektronik, Nanotechnologie, intelligente Kommunikation, energieeffiziente Systeme, intelligente Systeme und vernetzte Sensortechnik sowie organischer und flexibler Elektronik gebildet.

Ausgehend von einer Wissenschaftslandschaft der Superlative, sind vier Universitäten, fünf Fachhochschulen, neun Fraunhofer-Institute, drei Leibniz-Institute, ein Helmholtz-Institut und zwei Max-Planck-Institute auf dem Gebiet der Mikroelektronik / ICT tätig - und die meisten von ihnen sind weltweit führend.

Allein in der Informatik werden mehr als 6.800 Studierende an fünf Universitäten, acht Fachhochschulen und vier Berufsakademien ausgebildet.

Genug geforscht?

Auch auf industrieller Ebene ist "Silicon Saxony" gigantisch: Globalfoundries, Infineon Technologies und SiltronicAG bauen ihre sächsischen Fabriken zu den modernsten Produktionsstätten der Welt aus. TSMC wird demnächst mit dem Bau einer Fabrik in Dresden starten.

Titelbild: SMWK/ Ben Gierig

11.09.2023, 10:30 Uhr — Erstveröffentlichung (aktuell)

Eckpunktepapier zur Stärkung der Lehrkräftebildung in der Region Chemnitz unterzeichnet

Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow, Kultusminister Christian Piwarz und Prof. Dr. Maximilian Eibl, Prorektor für Lehre und Internationales an der Technischen Universität Chemnitz, haben am Vormittag ein Eckpunktepapier zur Stärkung der Lehrkräftebildung an der TU Chemnitz unterzeichnet.

Dieses Papier ist Grundlage für innovative und deutschlandweit einzigartige Ansätze in der universitären Ausbildung von angehenden Lehrerinnen und Lehrern. Übergeordnetes Ziel ist es, mehr Studierende erfolgreich zum ersten Staatsexamen zu führen und gleichzeitig eine Perspektive für den späteren Einsatz in der Region Südwestsachsen zu bieten.

Konkret sollen zwei neue Schwerpunkte in der Lehrkräftebildung an der TU Chemnitz etabliert werden:

  1. Um den Mangel an Fachlehrkräften im MINT-Bereich (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik) entgegenzuwirken, ist es erklärtes Ziel, den passenden Bachelor-Studiengang in diesem Bereich so zu gestalten, dass eine Anerkennung für das Lehramt an Oberschulen möglich ist. Zudem prüft die TU Chemnitz die Entwicklung eines Lehramtsstudienganges »Staatsexamen MINT Lehramt an Oberschulen« in Kooperation mit der Universität Leipzig oder der TU Dresden. Die dazugehörigen Praktika sollen in der Region Südwestsachsen absolviert werden.
  2. Um die beruflichen Möglichkeiten künftiger Grundschullehrerinnen und Grundschullehrer in der Region Südwestsachsen zu erweitern, entwickelt die TU Chemnitz einen Masterstudiengang »Primarstufe Plus« (zwei Semester). Diesen können Absolventinnen und Absolventen des Lehramtsstudiums Grundschule zunächst im Fach Mathematik belegen und damit die Befähigung für das Oberschullehramt Mathematik erlangen. Auch im Beruf stehende Mathematik-Lehrerinnen und -Lehrer an Grundschulen können diesen neuen Studiengang künftig absolvieren und qualifizieren sich damit für die Lehrtätigkeit an der Oberschule.

Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow sagte nach der Unterzeichnung des Eckpunktepapiers: »Wir gehen in der Lehrkräftebildung ganz neue Wege, spezifisch am konkreten Bedarf orientiert. Dafür stellen wir zusätzlich Ressourcen für die TU Chemnitz bereit. Für die Konzeptionierung werden dieses und im kommenden Jahr insgesamt 285.000 Euro zur Verfügung gestellt. Für die Umsetzung ab dem Wintersemester 2024/2025 sind dann jährlich mehr als 530.000 Euro angedacht. Es muss uns gelingen, dass künftig wieder genügend Lehrerinnen und Lehrer vor den Klassen stehen. Dazu leisten die Hochschulen in Sachsen einen großen Beitrag und wir unterstützen sie dabei nach Kräften.«

Kultusminister Christian Piwarz ergänzte: »Unsere Maßnahmen zur Lehrkräftegewinnung zeigen Wirkung. Uns gelingt es zunehmend besser, freie Stellen bei den Grundschulen zu besetzen. Das ist aber bei den Oberschulen und in den MINT-Fachfächern schwieriger. Mit dem jetzt gemeinsam geschnürten Maßnahmenpaket bringen wir genau in diesem Bereich die Lehrkräfteausbildung weiter voran. Das Studium wird attraktiver, durchlässiger und regionaler.« Der Minister betonte, dass beide verantwortlichen Ressorts gemeinsam mit den Universitäten im ständigen Austausch bleiben, um weitere Maßnahmen zur Verbesserung zu prüfen. »Wir dürfen gut ausgebildete junge Lehrkräfte auf dem Weg zum Abschluss nicht verlieren. Darum kümmern wir uns!«

Prorektor Prof. Dr. Maximilian Eibl sagte: »Die Grundschullehramtsausbildung an der TU Chemnitz ist eine Erfolgsgeschichte, die bereits in ihr zehntes Jahr geht und der wir nun ein weiteres Kapitel hinzufügen. Durch das heute unterzeichnete Eckpunktepapier haben wir einen konzeptionellen Rahmen, um erstmals an der TU Chemnitz das Lehramtsstudium mit Blick auf eine Qualifizierung von Oberschullehrkräften in den MINT-Fächern zu gestalten.«

Erhalt von Know-how und Forschungskapazitäten im Bereich der Kernenergie sind essentiell für die Wettbewerbsfähigkeit des Standortes Deutschland

Sachsens Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow hat sich bei einem Besuch der Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik an der TU Dresden über Lehre und Forschung am dortigen Kernforschungsreaktor informiert.

Die Professur unter Leitung des renommierten Wissenschaftlers Prof. Antonio Hurtado bildet jedes Jahr mehr als 100 Studierende und Nachwuchswissenschaftler an dieser Anlage aus und vermittelt ebenso die neuesten technologischen Entwicklungen und Konzepte. Zudem organisiert die Professur Austauschprogramme mit internationalen Partnereinrichtungen und Veranstaltungen, sucht den öffentlichen Diskurs und leistet so einen essentiellen wissenschaftlichen Beitrag in der Auseinandersetzung mit den unterschiedlichen Wegen und Herangehensweisen an die Energiewende.

Im Forschungsprojekt NAUTILUS, das mit mehr als zwei Millionen Euro vom Bund unterstützt wird, untersucht das Team um Prof. Hurtado beispielsweise, wie die Energieausbeute von Brennelementen verbessert werden kann. Mit herkömmlichen Technologien beträgt die Energieausnutzung der Brennelemente nur etwa fünf Prozent. Ziel der Forscherinnen und Forscher ist es, die Energieausbeute der Brennelemente um bis zu einem Faktor zwanzig zu erhöhen. Wenn dies gelingt, könnten die abgebrannten Brennelemente aus der Vergangenheit, also die Energie im hochradioaktiven Abfall, wieder nutzbar gemacht werden. Im Optimalfall könnten die radioaktiven Brennstoffe in neuen Reaktortypen viel länger genutzt werden und neben Strom auch Wärmeenergie zum Beispiel für die Produktion von Wasserstoff bereitstellen, bei gleichzeitiger Reduktion der Menge langlebiger radioaktiver Stoffe. Das könnte wiederum den Bedarf eines Atommüll- Endlagers überflüssig machen.

Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow sagte nach dem Besuch an der TU Dresden
»Bis auf Deutschland setzen weltweit Staaten auf die Kernenergie für Strom- und Wärmeproduktion als Alternative zu fossilen Brennstoffen. Die Bundesrepublik hat sich dagegen entschieden, und den Atomausstieg vollzogen. Damit besteht die Gefahr, dass in absehbarer Zeit auch unsere Kernenergieexperten und ihr Know-how für Deutschland verloren gehen. Das darf nicht geschehen. Wir müssen die Nuklearforschung und auch die Lehre auf diesem Gebiet erhalten. Es geht darum Sachsen und Deutschland auf diesem Gebiet die Fähigkeit zu erhalten auch bei der Entwicklung neuer, sicherer Technologien der Kernspaltung für die Energieversorgung der Zukunft ganz vorn dabei zu sein. Das wertvolle Wissen um Reaktortechnik, Abfall und dessen Lagerung sowie Weiterverwendung ist die Grundlage die Nukleartechnik weiterhin zu beherrschen und fortzuentwickeln. Prof. Hurtado und sein Team haben in beeindruckender Weise demonstriert, warum es sich lohnt, technologieoffen zu bleiben.«

Ein Potential, das es hier zu erschließen gilt, ist z. B. die Energie aus Kernspaltungsprozessen zur Gewinnung von Wasserstoff zu nutzen, der dann als sauberer Energieträger für die Industrie massenhaft zur Verfügung gestellt werden könnte. »Dieser Ansatz wird von mehreren Staaten seit Jahren verfolgt, setzt innovative Kernreaktoren voraus und war im Jahr 2007 Motivation für die TU Dresden diese Vision in der Widmung meiner Professur zu verankern.« betont Prof. Antonio Hurtado.

Hintergrund:
Der Ausbildungskernreaktor ist eine wesentliche Komponente an der Professur von Prof. Hurtado. Zur Ausstattung gehört ebenfalls ein Laser-Hochleistungszentrum z. B. zur Herstellung von strukturierten Oberflächen für die Herstellung von Wasserstoff bei Elektrolyseuren. Seit dem vergangenen Jahr sind alle Forschungseinrichtungen im neu errichteten Forschungsgebäude auf dem Gelände der TU Dresden beheimatet und unterstützen die exzellente Lehre an der Professur. Das Forschungsprojekt Nautilus ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung bis 2028 gefördertes Projekt in Kooperation mit der University of Liverpool.

13.09.2023, 16:30 Uhr — Erstveröffentlichung (aktuell)

Im Freistaat Sachsen hat sich in den vergangenen Jahren das größte Mikroelektronik-Cluster Europas etabliert. Zu diesem umfassenden Ökosystem gehören große Chipfertiger wie Infineon, Bosch, GlobalFoundries und künftig auch TSMC. Sie profitieren u.a. vom starken und breit aufgestellten Umfeld in Forschung und Entwicklung auch über die Stadtgrenzen Dresdens hinaus. Im Bereich der Mikroelektronik betreiben vier Uni-versitäten, fünf Fachhochschulen, neun Fraunhofer-, drei Leibniz-, ein Helmholtz- und zwei Max-Planck-Institute Spitzenforschung.

Auf einer Tour im Rahmen »SPIN2030«, einer Kampagne zur Sichtbarmachung der Vielfalt, Exzellenz und Attraktivität des Wissenschaftslandes Sachsen, hat Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow vier Einrichtungen der Mikroelektronik-Forschung im Freistaat besucht:

  1. das Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz
  2. das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF), das zum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) gehört und in enger Kooperation mit der TU Bergakademie Freiberg forscht.
  3. das Nanoelectronic Materials Laboratory (NaMLab), ein An-Institut der TU Dresden
  4. das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS (CNT)

»Die Breite der Forschungsaktivitäten, allein in den Einrichtungen, die ich besuchen konnte, ist beeindruckend.«, so Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow. »Die Forscherinnen und Forscher arbeiten an neuen Chipdesigns, entdecken und entwickeln Materialien, die Halbleiter effektiver und energiesparender machen, erforschen ganz neue Mikroelektronik-Anwendungen und Systeme für die nächste und übernächste Generation von Gerätekomponenten oder auch die Industrie. Die Nachfrage nach Mikro- und Nanoelektronik-Produkten wird weiter stark wachsen. Schon heute kommt praktisch kein Gerät und keine Maschine mehr ohne Mikroelektronik aus. Die Forschung in Sachsen bereitet den Weg für die Technologien, die hier künftig zum Einsatz kommen, weit über die Grenzen Sachsens und Deutschlands hinaus. Dieses starke und vielfältige Forschungsumfeld ist ein wesentlicher Standortfaktor, wenn es darum geht, große Investoren aus der Mikroelektronik für Sachsen zu begeistern.«

Zu den Einrichtungen:

1. Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS, Chemnitz
Das Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz ist Forschungs- und Entwicklungspartner am Mikroelektronik-Standort Sachsen. Hier werden smarte Systeme unter Nutzung von Mikro- und Nanotechnologien entwickelt, die in der Lage sind, komplexe Situationen zu erfassen und vernetzt mit der Umwelt zu interagieren. Das Institut bietet innovative Lösungen und begleitet Kundenprojekte entlang der kompletten Wertschöpfungskette intelligenter Systeme.

Hier wurde u. a. gezeigt, wie Wafer (hauchdünne Scheiben aus Halbleitermaterial wie Silizium), die für die Chipfertigung gebraucht werden, poliert und miteinander ge-fügt werden. Zum Thema Zuverlässigkeit wurden Testmethoden für mikroelektroni-sche Komponenten sowie 3D-Aufnahmen aus dem Inneren von Chips und Bauteilen demonstriert, die mit einem Nano-Computertomographen aufgenommen wurden. Geforscht wird hier nicht zuletzt an der Nutzung künstlicher Intelligenz im Kontext von Technologieprozessen in der Mikroelektronik.

2. Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V. (HZDR), Freiberg (Kooperation mit TUBAF)
Vom Kupferkabel bis zur Lithiumbatterie – überall in unserer Lebenswelt stecken metallhaltige und mineralische Rohstoffe. Die erneuerbare Energieversorgung, Elektromobilität, Kommunikation und andere Zukunftstechnologien benötigen stetig mehr Ressourcen. Gleichzeitig steigen die globalen Herausforderungen für die Bereitstellung der Rohstoffe. Um die Versorgung langfristig zu sichern, ist es wichtig, die Rohstoffe im Wirtschaftskreislauf effizienter zu nutzen sowie Verluste zu minimieren. Deshalb hat das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) das Ziel, neue Technologien zu entwickeln, um mineralische und metallhaltige Rohstoffe effizienter bereitzustellen, zu nutzen sowie umweltfreundlich zu recyceln.

Das HIF ist eine Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und forscht in enger Kooperation mit der TU Bergakademie Freiberg an neuen Verfahren und Technologien für die nachhaltige Erkundung, Gewinnung, Verarbeitung und das Recycling von Rohstoffen.

Vorgestellt wurde das Zukunftsprojekt »FlexiPlant – Rohstoff-Recycling der Zukunft«. Ein wesentlicher Bestandteil ist ein hochinnovatives Kamera-/Sensorsystem zur sortenreinen Trennung von Elektronik in Echtzeit.

3. TU Dresden: Nanoelectronic Materials Laboratory gGmbH (NaMLab)

Die NaMLab gGmbH – Nanoelectronic Materials Laboratory – betreibt industrienahe Grundlagenforschung für künftige mikroelektronische Bauelemente mit dem Fokus auf der Integration neuer Materialien für eine höhere Energieeffizienz. Das 2006 als Joint Venture zwischen TUD und Industrie gegründete Labor gehört zu den innovativsten deutschen Unternehmen.

Am Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) nehmen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einem ganzheitlichen Ansatz Materialien, Bauelemente, Schaltungen und Systeme für die Elektronik von Morgen in den Blick. Mit dem Dresden Center for Nanoanalysis (DCN) unterhalten TUD und cfaed ein führendes Kompetenzzentrum.

Organische Elektronik und organische Halbleiter sind Schlüsseltechnologien auf dem Gebiet der Mikroelektronik. Mit ihrer Hilfe lassen sich großflächige, flexible, semitransparente, sehr dünne und äußerst energieeffiziente Produkte realisieren. Dies ist das Spezialgebiet des Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) der TUD.

4. Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, Dresden
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS arbeitet an elektronischen, mechanischen und optischen Komponenten und ihrer Integration in winzigste, »intelligente« Bauelemente und Systeme.

Das integrierte Center Nanoelectronic Technologies CNT ist das größte deutsche Forschungszentrum für angewandte Mikroelektronikforschung, welches auf Basis von 300 mm Wafer-Industriestandard-Equipment forscht. Die praxisnahe Forschung für Mikrochip-Hersteller, Zulieferer, Geräteproduzenten und F&E-Kooperationspartner erstreckt sich u. a. auf 300-mm-Technologiemodule, Testchips, QBit-Technologien und modernste Speichertechnologie.

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