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Die Physik-Nobelpreisträger 2000 begründeten die moderne Informationstechnologie – unter ihnen der gebürtige Deutsche Herbert Kroemer

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Jack S. Kilby wurde 1923 in Jefferson City, Missouri, USA geboren. Seit 1958 arbeitet er bei Texas Instruments und war von 1978 - 1985 Professor an der Texas A&M Universität.
Die Physiker Zhores I. Alferov vom Ioffe Physico-Technical Institute in St.Petersburg und Herbert Kroemer von der Universität in Kalifornien in Santa Barbara entwickelten schnelle Transistoren und Laserdioden. Jack S. Kilby von Texas Instruments erfand den integrierten Schaltkreis, den Mikrochip. Ihm sprach die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften am 10. Oktober die Hälfte des mit 9 Millionen Schwedischen Kronen (2,05 Millionen DM) dotierten Nobelpreises für Physik zu. Die andere Hälfte teilen sich Alferov und Kroemer.

Nachdem die Vakuumröhre durch den Transistor ersetzt worden war, kam es zu einer raschen Entwicklung in der Computertechnologie. Die Anforderungen an die Schaltungen stiegen rasant: Immer mehr Transistoren mussten auf kleinstem Platz immer schneller arbeiten. Am 12. September 1958 demonstrierte Jack St. Clair Kilby seine Lösung: den ersten Mikrochip.

Das besondere am Mikrochip ist, dass alle Komponenten des elektronischen Schaltkreises in einen Einkristall aus Halbleitermaterial eingearbeitet sind. Kilbys größtes Problem war die Miniaturisierung, da er alle Komponenten noch mit Metalldrähten verbinden musste. Heute werden die elektronischen Komponenten der Schaltkreise wie Kondensatoren und Transistoren sowie die verbindenden „Leiterbahnen“ in hochreine Silizium-Einkristalle eingeätzt (Lithographie-Verfahren) oder Atom für Atom aufgetragen (Epitaxie-Verfahren).

Kilby meldete seine Erfindung im Februar 1959 unter dem Titel „Miniaturized Electronic Circuits“ zum Patent an, das er im Juni 1964 erhielt. Zur gleichen Zeit hatte aber auch Robert Noyce – damals noch Mitarbeiter von Fairchaild Electronics – einen solchen Schaltkreis entwickelt, der bereits ohne Drähte funktionierte. Noyce erhielt dafür im April 1961 das Patent – früher als Kilby – und gründete mit einigen Kollegen eine neue Firma mit dem Namen Intel (= Integrated Electronics). Die beschäftigte sich hauptsächlich mit der Weiterentwicklung des Chips. Noyce gründete danach das „Silicon Valley“. Er starb 1990, weshalb er nicht mehr mit dem Nobelpreis ausgezeichnet werden

Herbert Kroemer beschäftige sich immer schon mit Problemen und Fragestellungen, die für die breite Wissenschaftlermasse noch in weiter Zukunft lagen. Bereits 1957 zeigte der Physiker, wie sich neuartige Transistoren mit hundertfach höherer Schaltfrequenz bauen lassen: mit sogenannten Heterostrukturen. Das sind Halbleiter, die aus verschiedenen dünnen Schichten aufgebaut sind. Der Vorteil: An den Grenzflächen können sich die Elektronen besonders leicht bewegen. Heute werden seine hyperschnellen Transistoren in Telekommunikations-Satelliten und Basisstationen von Mobilfunknetzen eingesetzt.

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1963 entwickelte Kroemer auf Basis der Heterostrukturen einen Laser – zeitgleich mit dem Russen Zhores Alferov. Der sogenannte Doppel-Heterostruktur-Laser hat heute eine vergleichbare technologische Bedeutung wie die integrierte Schaltung: Die Heterostruktur-Laser jagen Lichtpulse durch Glasfaserkabel. Sie arbeiten in CD-Spielern, Strichkodlesern, Auto-Bremslichtern und Verkehrsampeln. In Zukunft finden wir sie vielleicht sogar in jeder Glühbirne.

Doch Kroemer ist nicht nur ein grosser Theoretiker, auch als Experimentalphysiker hat er herausragendes geleistet. 1976 erst begann er experimentell zu arbeiten und war entscheidend an der Entwicklung der „molecular beam epitaxy“ beteiligt. Mit dem Verfahren der Epitaxie können ganz dünne Schichten auf Halbleiterstrukturen aufgebracht werden. Dadurch ließen sich die geschichteten Halbleiterstrukturen erst herstellen.

Melanie Heilmann

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