Einrichtungen Einrichtung-Details

Mikroelektronik in der Medizintechnik

Die Abteilung Materialforschung des IHP widmet sich der Integration von innovativen "More than More" Modulen in Siliziummikroelektroniktechnologien. Das Ziel ist ein hohes Maß an Systemintegration für funktionalisierte Siliziumschaltkreise, so dass das Potential moderner Siliziumtechnologien direkt gesellschaftliche Herausforderungen adressieren kann. 

Memristive Bauelemente weisen eine variable widerstandsbasierte Speicherfunktion auf. Von besonderem Interesse ist diese Art von Bauelementen als schaltbares Element für nicht-flüchtige Speicher, aber auch für den Bereich der analogen neuronalen Schaltungstechnik. In der neuronalen Schaltungstechnik eröffnen die memristiven Bauelemente die Möglichkeit, die derzeitig bestehenden Hürden digitaler Datenverarbeitung im Bereich kognitiver Aufgabenstellungen, wie z.B. der Musterkennung, zu überwinden. Im Mittelpunkt der Forschungsstrategie steht die Entwicklung der memristiven Bauelemente für zukünftige elektronische Schaltungen mit starker Orientierung an biologischen Systemen. 

Das Potenzial der komplexen Mikroelektronik ist für die Medizintechnik noch weitgehend unerschlossen; neue Therapie- und Früherkennungsmaßnahmen können mittels der komplexen Mikroelektronik entwickelt werden. So ist z.B. die schnelle Detektion von Infektionskrankheiten nach wie vor ein nicht gelöstes Problem, da die Identifizierung von Keimen entweder über Anzucht oder DNA-Analyse in einem Labor durchgeführt werden muss. Die Entwicklung von Point-of-Care Verfahren ist ein aktueller Entwicklungstrend, der weiterer mikrotechnologischer Impulse bedarf, um innovative Systemlösungen hervorzubringen. Besonders das Verständnis der Grenzfläche zwischen Biologie und der Oberfläche des Sensors ist ein aktuelles Forschungsthema, welches die Vorteile der elektronischen Sensorik fördern kann.

Wissenschaftliche Schwerpunkte

Digitale und analoge Begleiter für eine alternde Bevölkerung
Eine alternde Bevölkerung, die zunehmende Urbanisierung und, parallel, die immer weiter abnehmende Arztdichte bedeutet für metropolferne Regionen Deutschlands eine große versorgungspolitische Herausforderung. Das Flächenland Brandenburg ist davon besonders betroffen. Ziel des Projektes ist die Integration eines mobilen US-Gerätes in das Kliniknetzwerk.

POC-Sensorplattform für chronisch-entzündliche Atemwegserkrankungen
Chronische Erkrankungen stellen v. a. in den Industrieländern eine wachsende Herausforderung für die Gesundheitssysteme dar. Mit dem demografischen Wandel steigt die Zahl chronisch Erkrankter, womit ein Anstieg der Gesundheitskosten einhergeht. Zugleich ist mit einem Rückgang an ärztlicher Versorgung im ländlichen Raum zu rechnen. Mit der Entwicklung Telemedizin-fähiger Point-of-Care (POC)-Diagnose-Systeme können diesen Problempunkten tragfähige Lösungen entgegengesetzt werden.

Memristive tunnel junctions and CMOS integration
In the last couple of years promising computing concepts based-on memristive devices have been presented. Nevertheless, their hardware realization is limited by a lack of reliable devices and a thorough understanding of the involved switching mechanisms on a microscopic scale. The main goal of this subproject is to close the gap between promising computing concepts and the hardware realization. CMOS-compatible devices for neuromorphic circuits will be developed.

At the device level, the yield, variability, predictability, energy efficiency, and the material and process compatibility to the Silicon technology will be studied. Further we will set-up small test circuits, which allows to investigate the behaviour of the realized devices within a network Environment.

Entwicklung von Biosensoren und bio-mikrofluidischen Systemen für die Detektion von Infektionserregern
Biosensoren erleben derzeit neue Aufmerksamkeit in Forschung und Entwicklung, weil durch die Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie, Nanotechnologie, biotechnologische Fortschritte und Digitalisierung der Medizin neue Bereiche für ihren Einsatz und neue Verfahren für die Herstellung erreicht wurden. Die Lösung der Kernfragen des Vorhabens wird neue Impulse für die Entwicklung von Produkten, die auf miniaturisierten und integrierten Biosensoren beruhen, setzen.

Ausgewählte Publikationen

2018

Alvarado Chavarin C., Strobel C., Kitzmann J., Di Bartolomeo A., Lukosius M., Albert M., Bartha J.W., Wenger C.(2018) Current Modulation of a Heterojunction Structure by an Ultra-Thin Graphene Base Electrode.

Dirkmann S., Kaiser J., Wenger C., Mussenbrock T.(2018) Filament Growth and Resistive Switching in Hafnium Oxide Memristive Devices.

Grossi A., Perez E., Zambelli C., Olivo P., Miranda E., Roelofs R., Woodruff J., Raisanen P., Li W., Givens M., Costina I., Schubert M.A., Wenger C.(2018) Impact of the precursor chemistry and process conditions on the cell-to-cell variability in 1T-1R based HfO2 RRAM devices. Sci Rep, 8 (1): 11160

Knigge X., Wenger C., Bier F.F., Holzel R.(2018) Dielectrophoretic Immobilisation of Nanoparticles as Isolated Singles in Regular Arrays. Journal of Physics D: Applied Physics, 51 (6): 065308

Luongo G., Di Bartolomeo A., Giubileo F., Alvarado Chavarin C., Wenger C.(2018) Electronic properties of graphene/p-silicon Schottky junction. Journal of Physics D: Applied Physics, 51 (25): 255305

Lupo N., Bonizzoni E., Pérez E., Wenger C., Maloberti F.(2018) A Voltage-Time Model for Memristive Devices. IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, 26 (8): 1452 - 1460

Manganelli C.L., Velha P., Pintus P., Gambini F., Lemonnier O., Adelmini L., Kopp C., Faralli S., Di Pasquale F., Wenger C., Oton C.J.(2018) Low-Power-Consumption Integrated Tunable Filters for WDM Switching Applications in Silicon Photonics. IEEE Photonics Technology Letters, 30 (18): 1601-1604

Soltani Zarrin P., Jamal F.I., Guha S., Wessel J., Kissinger D., Wenger C.(2018) Design and Fabrication of a BiCMOS Dielectric Sensor for Viscosity Measurements: A Possible Solution for Early Detection of COPD. Biosensors (Basel), 8 (3)

Vogt S., Detert M., Wagner D., Wessel J., Ramzan R., Nimphius W., Ramaswamy A., Guha S., Wenger C., Jamal F.I., Eissa M.H., Schumann U., Schmidt B., Rose G., Dahl C., Rolfes I., Notzon G., Baer C., Musch T.(2018) A Newly Developed mm-Wave Sensor for Detecting Plaques of Arterial Vessels. Thorac Cardiovasc Surg, 66 (1): 91-98

Ziegler M., Wenger C., Chicca E., Kohlstedt H.(2018) Tutorial: Concepts for closely mimicking biological learning with memristive devices: Principles to emulate cellular forms of learning. Journal of Applied Physics, 124 (15): 152003


Leitung: