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20. Jahrestag ferroelektrische Fluorite: Eine Revolution in der Halbleiterindustrie
Der High k Workshop 2026 stand ganz im Fokus der Entdeckung ferroelektrischer Hafnium Oxide und fand mit spannenden Forschungsbeiträgen aus unserer Fakultät statt.
29/03/2026
Vor genau 20 Jahren entdeckte die damals mehrheitlich zu Infineon gehörende Qimonda AG in ihrem Industrielabor eine revolutionäre Materialklasse: die Fluorit-Struktur-Kristalle. Im Gegensatz zu den bisher dominierenden Perowskit-Struktur-Kristallen können diese neuartigen Kristalle ferroelektrische Polarisation auch bei extrem dünnen Schichten von wenigen Nanometern aufrechterhalten. Dieses bahnbrechende Merkmal ist für Anwendungen in der Datenspeicherung und bei der Programmierung neuro-morpher Schalter von enormer Bedeutung. Letztere bieten das Potenzial für eine ganz erhebliche Energieeinsparung im Vergleich zu bisherigen Technologien.
Beim diesjährigen High k Workshop vom 24.–26. März 2026 in Dresden beeindruckte HM-Professor Dr. Alfred Kersch mit seinem Hauptvortrag „Ab initio Insights into Phase Formation and Defects in Aliovalently Doped HfO₂“.
Auch Doktorand David Martin Velazquez aus der Arbeitsgruppe von Professor Kersch machte mit seinem Poster „Optimization of Hf₁₋ₓZrₓO₂ through Machine Learned Potentials“ auf sich aufmerksam.
David Martin Velazquez widmet sich in seiner Doktorarbeit der Entwicklung maschinengelernter Potentiale auf Grundlage von Dichtefunktionalrechnungen. Diese Methoden haben das Potenzial, die Materialwissenschaft zu revolutionieren, indem sie die Simulation großer Systeme mit atomarer Auflösung ermöglichen. Modernste Rechenzentren mit leistungsfähigen Grafikkarten sind derzeit der Forschungsschwerpunkt.
Blick in die Geschichte der technischen Entwicklung und ein Ausblick in die Zukunft
Zur Erinnerung an den Durchbruch in der Entwicklung wurde ein Exemplar des ersten funktionsfähigen Ferroelectric Field Effect Transistors (FeFET) an Professor Kersch überreicht (siehe Foto). Dieser Transistor wurde von Professor Kersch mitkonstruiert und in 2013 auf der IEDM Konferenz (International Electron Devices Meeting: jährlich stattfindende Fachkonferenz für technologische Durchbrüche in Halbleiter- und Mikroelektronik) als damalige Weltneuheit vorgestellt. Für Detailinformationen finden Sie die Publikation hier: J. Müller et al..
In 2015 wurde auf der IEDM eine weitere Weltneuheit mit den Multi Level FeFET Speicherzellen präsentierte, die neuro-morphe Schalter ermöglichen. Auch an dieser Innovation war Professor Kersch als Ko-Autor beteiligt. Zum Nachlesen gerne hier: H. Mulaosmanovic et al.
Inzwischen ist die Technologie weit fortgeschritten, und die Produktion rückt näher. Ein beeindruckender Plan ist unter anderem der Bau einer großen Fabrik in Magdeburg durch die Ferroelectric Memory GmbH.
Energieeinsparung bei höherer Rechnerleistung
Ferroelektrische Speicher und neuro-morphe Schalter zeichnen sich durch ihre herausragende Energieeffizienz aus. Der Energieverbrauch von Speichern und Prozessoren könnte auf einen Bruchteil herkömmlicher Technologien reduziert werden. Große Rechenzentren verbrauchen derzeit erhebliche Energiemengen, für die mitunter eigene Kraftwerke notwendig sind. In einer früheren Dissertation aus der Arbeitsgruppe von Prof. Kersch wurde dieses Thema ebenfalls ausführlich behandelt. Zum Nachlesen klicken Sie gerne hier.
Bleiben Sie gespannt auf weitere Entwicklungen zu diesem faszinierenden Thema, das die Art und Weise, wie wir heute Technologie sehen und nutzen, grundlegend verändern könnte.