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Norddeutsche Rundschau

23. September 2017 | 23:46 Uhr

Innovationsraum : Forschung in Haaresbreite

vom
Aus der Redaktion der Norddeutschen Rundschau

Besondere Arbeiten am Fraunhofer-Institut ISIT: Ein Ehepaar entwickelt in der Abteilung Mikrosystemtechnik winzige Bauteile für Handys und Mikroskope.

Innovationsraum? Das sind die Gebäude hinter der Autobahnbrücke an der Abfahrt Itzehoe-Nord. Mehr wissen die meisten nicht über die boomende Hightech-Region der Stadt. In loser Folge stellen wir Beschäftigte und ihre Arbeitsfelder vor.

 

„Ich hatte Angst, dass ich in München niemanden verstehe“, erzählt Shanshan Gu-Stoppel schmunzelnd. In ihrer Heimat China habe sie gehört, „dass dort nicht so gesprochen wird, wie ich es gelernt habe“. Deshalb entschied sie sich für Norddeutschland und schrieb sich 2004 für den Studiengang Elektrotechnik an der Universität Bremen ein.

Zuvor hatte die 29-Jährige an einer der renommiertesten Universitäten Chinas studiert und dort an einem einjährigen Intensiv-Deutschkurs teilgenommen. Anschließend beherrschte sie zwar die Grammatik, hatte aber kaum Sprachpraxis. Deshalb entschied sich die junge Frau, die in der Nähe von Shanghai aufwuchs, für ein Studium mehr als 8500 Kilometer entfernt von zu Hause. Dort in Bremen lernte sie Fabian Stoppel kennen. Die beiden wurden ein Paar.

2008 übernahm ihr Professor Dr. Wolfgang Benecke die Leitung am Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT). Mit ihm kamen die beiden Studenten 2009 nach Itzehoe, um ihre Diplomarbeit zu schreiben und das Studium ein Jahr später abzuschließen.

Seitdem sind Shanshan Gu-Stoppel und Fabian Stoppel in der Abteilung Mikrosystemtechnik als wissenschaftliche Mitarbeiter angestellt. Ihre Freizeit verbringen sie mit Lesen und Fotografieren und nutzen fast den gesamten Urlaub für Fernreisen. 2010 heirateten sie. Im vergangenen Jahr nahm Shanshan Gu-Stoppel die deutsche Staatsbürgerschaft an. Nächstes berufliches Ziel: Promotion – bei ihr voraussichtlich noch in diesem, bei ihm im kommenden Jahr.

Und auch hier gibt es Gemeinsamkeiten zwischen ihnen: „Wir arbeiten beide mit dem gleichen Material, aber in unterschiedlicher Anwendung“, erklärt Stoppel. Die Rede ist von Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), einem piezoelektrischen Material, das sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung mechanisch verformt. Das Material an sich sei nicht neu, so Stoppel, seine dünnschichtige Verwendung in Mikrosystemen hingegen schon. Ein bis zwei Tausendstel Millimeter dünn sind diese Schichten.

Piezoelektrische Hochfrequenzschalter für adaptive Antennensysteme, wie sie beispielweise in zukünftigen Handygenerationen Verwendung finden könnten, hat sich der 30-Jährige als Promotionsthema ausgesucht. Hierbei handelt es sich um piezoelektrisch angetriebene bewegliche Strukturen, mit denen sich innerhalb von wenigen hunderttausendstel Sekunden elektrische Signale schalten lassen. Mithilfe derartiger Schalter sollen die Sende- und Empfangseigenschaften von Mobilfunkgeräten in der Zukunft entscheidend verbessert und der Energieverbrauch gleichzeitig gesenkt werden. Da die stetig steigende Anzahl an Frequenzbändern für WLAN, UMTS und LTE mehrere hundert einzelne Schaltelemente erfordert, sind die Bauelemente, an deren Entwicklung Stoppel arbeitet, winzig klein: „Ein Schalter hat ungefähr den Durchmesser von einem Haar.“

Seine Frau promoviert über piezoelektrisch angetriebene Mikrospiegel, die beispielweise in Mikroskopen oder in Minibeamern in Würfelzuckergröße zum Einsatz kommen könnten. Ein Spiegel, der einen Durchmesser von einem bis sieben Millimeter hat, ist mit Hilfe von hauchdünnen Siliziumfedern an sogenannten Aktuatoren befestigt, die mit einer piezoelektrischen Dünnschicht und Elektroden versehen und unter Spannung gesetzt werden.

Dadurch werden die Antriebe und somit auch der Spiegel in Schwingung versetzt, „zwischen 300 und 60000 Mal pro Sekunde“, so Gu-Stoppel. Optische Laserprojektionen werden so zum Beispiel möglich. Alternativ können derartige Mikrospiegel in Mikroskopen dafür sorgen, dass beim Blick durch das Okular ein größerer Ausschnitt sichtbar wird, ohne den Objektträger zu verschieben.

Viele tausend solcher Bauelemente passen auf einen kreisrunden Silizium-Wafer mit 20 Zentimetern Durchmesser. Bevor die Bauelemente hergestellt und im Labor getestet werden, entwickeln die beiden jungen Wissenschaftler diese am Computer und simulieren ihre Eigenschaften. Alle wesentlichen Arbeitsschritte während der Herstellung im Reinraum werden von ihnen begleitet und zusammen mit denjenigen entwickelt, die ihre Entwürfe umsetzen, so Gu-Stoppel. „Eigentlich wie ein Mode-Designer.“

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