Schub für neue Materialien
Am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung werden Kapazitäten ausgebaut, damit neue Materialien schneller zur Anwendung kommen – beispielsweise für Ladestationen von E-Autos
IKZ-Direktor Thomas Schröder pusht die Entwicklung neuer Materialien © WISTA Management GmbH
Metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) zur Herstellung von dünnen Galliumoxid-Schichten, die maßgeschneiderte halbleitende Eigenschaften haben © IKZ/Volkmar Otto
Montagebänder in der Autoindustrie stehen wochenlang still, Bauteile für Haushaltsgeräte sind nicht lieferbar, die Auslieferung neuer Smartphones verzögert sich. So zeigt sich die Chipkrise an vielen Stellen: Weil Halbleiterprodukte fehlen, können etliche Branchen nicht liefern und müssen Umsatzeinbußen hinnehmen. „Für Fachleute kam diese Krise nicht überraschend“, sagt Thomas Schröder. Die Halbleiterherstellung habe sich in den vergangenen Jahrzehnten in Asien konzentriert. „Es ist logisch, dass dieses System sehr empfindlich auf Störungen reagiert, die beispielsweise von coronabedingten Konjunkturschwankungen ausgehen.“
Als Direktor am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung im Forschungsverbund Berlin e. V. (IKZ) weiß er genau, wie schwer es ist, neue Produktionen aufzubauen. „Sie erfordern sehr viel Wissen und sehr viel Kapital“, sagt er. „Es dauert Jahre, um Alternativen zu schaffen.“
Aber genau das sollte Europa tun, meint Schröder. Schlüsseltechnologien für die Zukunft sollen auf dem Kontinent aufgebaut und gehalten werden, um für künftige Engpässe gewappnet zu sein. Unter dem Namen „technologische Souveränität“ ist das Konzept schon länger bekannt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat etliche Handlungsfelder ausgemacht, von grünem Wasserstoff über Impfstoffe bis zur Quantentechnologie. Auch neue Materialien gehören dazu – das passt ideal zur neuen Strategie des IKZ, die Schröder mit seinem Amtsantritt 2018 formuliert hat. Das traditionsreiche Institut solle neben der Grundlagen- und angewandten Forschung auch Prototypenentwicklung betreiben, forderte der Forscher von Beginn an.
„Es gibt drei Arten von Materialien“, erläutert er. Erstens „akademische“, die in ihrer chemischen Zusammensetzung und Struktur sehr spannend seien. „Die Grundlagen werden analysiert und beschrieben, es gibt einige Publikationen und das war es.“ Weil sich bei der langwierigen Weiterentwicklung unerwartete Probleme zeigen könnten und keine Firma dieses Risiko tragen will. Etwas weiter ist die zweite Art, die sogenannten Prototypenmaterialien. „Die sehe ich aktuell als unterkritisch, wir vergeben Innovationschancen.“ Denn Firmen benötigen für Technologien die dritte Art, die „Produktionsmaterialien“ – gut bekannt und in großer Stückzahl zu fertigen. „Diese Lücke müssen wir schließen“, sagt Schröder.
Beispielsweise bei Galliumoxid (Ga2O3). Das Material könnte für Leistungselektronik geeignet sein. „Die braucht man unter anderem für Schalter an Ladestationen für Elektroautos“, erläutert der Wissenschaftler. „Der Bedarf an solchen Bauteilen wird künftig erheblich steigen.“ Um herauszufinden, ob Ga2O3 das wirklich leisten kann, braucht es nicht nur einen Kristall, sondern 15 oder 20, die fortwährend optimiert und getestet werden. „Bisher konnten wir diese Menge nicht herstellen, weil unsere Anlagen mit verschiedenen Forschungsprojekten ausgelastet waren“, sagt Schröder.
Nun konnte er die Geldgeber – Bund und Land – überzeugen: Ab 2023 erhält das IKZ jährlich 2,2 Millionen Euro extra, um mit mehr Anlagen und Personal die Prototypenfertigung auszubauen. „Hier in Adlershof profitieren wir zudem von den Partnern in unmittelbarer Nähe“, sagt er und beginnt aufzuzählen: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Helmholtz-Zentrum Berlin, Ferdinand-Braun-Institut, Max-Born-Institut.
Es ist ein weiterer Schritt zur technologischen Souveränität, dem aber noch viele folgen müssen. Je weiter es zur Anwendung geht, umso mehr soll sich öffentlich finanzierte Forschung herausnehmen und die Industrie einbringen. In dieser Übergangszone arbeiten Start-ups, die ebenfalls unterstützt werden sollten. Auch der Fachkräftemangel wird zum wachsenden Problem. „Wir müssen es noch besser schaffen, interessierte junge Leute für ein entsprechendes Studium zu gewinnen und diese gut auszubilden“, sagt Schröder. Eine Idee sei, dass Forscherinnen und Forscher an Schulen gehen und authentisch von ihrem Job berichten, um mehr Absolvent:innen für Naturwissenschaften zu begeistern.
Ralf Nestler für Adlershof Journal