Winziges Silizium-Bauteil ersetzt Quarz-Oszillator als Zeitgeber

Ob Armbanduhr oder Computerchip, Mobiltelefon oder Navigationssystem - für ihr inneres Timing und für die Abstimmung mit der Außenwelt enthalten alle einen schwingenden Quarzkristall. Nach dem integrierten Schaltkreis ist der Zeitgeber wohl das zweitwichtigste Bauteil aller modernen Elektronik. Jetzt präsentieren finnische Forscher seinen vermutlichen Nachfolger.

Espoo (Finnland) - Rund hundertmal kleiner als der typische Quarzkristall im Handy und immerhin noch dreimal kleiner als die derzeit kleinsten Schwingquarz-Bausteine ist der finnische Mikroresonator auf Siliziumbasis, bei vergleichbarer Zuverlässigkeit. Damit werde nicht nur die Miniaturisierung der Verbraucherelektronik einen großen Schritt vorangetrieben, so die Forscher - das neue Bauteil könne besonders auch die drahtlose Funktechnik revolutionieren. Sie sehen extrem flache Smartcards ohne Lesegerät, biometrische Detektoren in Krankenhauskleidung und drahtlose Netzwerke im Schuh, Hörgerät oder T-Shirt.

"Derzeit begrenzt nur die Größe der Referenz-Schwingkreise die Miniaturisierung heutiger Funkschaltkreise", berichtet Aarne Oja vom finnischen Forschungsinstitut VTT auf seiner Pressekonferenz. Das Ergebnis sechsjähriger Entwicklungsarbeit misst weniger als einen Quadratmillimeter (0,7 x 0,7 x 0,2 mm), im Vergleich zu einem der bislang kleinsten Schwingquarz-Bauteile (2,0 x 1,6 x 0,45 mm) und den typischen Bauteilen im Mobiltelefon von rund einem Quadratzentimeter. Trotz seiner Winzigkeit, so Oja, liefere sein Mikroresonator eine exzellente Stabilität und Zuverlässigkeit. Abweichungen betrügen im Schnitt nur 0,01 ppm pro Monat, also weniger als eine Sekunde pro Jahr.

Der Zeitgeber im Schaltkreis moderner elektronischer Geräte sorgt nicht nur für eine korrekte Uhrzeit. Er stellt auch das Bezugssystem für interne Rechenoperationen und für die Verarbeitung der elektromagnetischen Wellen, mit denen die Technik nach außen kommuniziert. So ist er ebenso am Entschlüsseln des Telefongesprächs beteiligt wie an der Standortbestimmung in Navigationssystemen, wenn der Laufzeitunterschied der Signale verschiedener GPS-Satelliten verglichen werden muss. Je kleiner der Zeitgeber, als bisher limitierender Faktor, desto kleiner können künftig die drahtlosen Funkelemente werden. So soll es der finnische Mikroresonator möglich machen, Netzwerkfunktionen kleiner und unauffälliger in viele Alltagsgegenstände einzubetten.

Der Markt für Schwingquarze beläuft sich auf einen Wert von rund 2,5 Milliarden Euro und liegt derzeit bei jährlich 4 Milliarden Stück, die vor allem in Asien gefertigt werden, so VTT. Die finnischen Mikroresonatoren ließen sich hingegen mit MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System)-Fertigungsanlagen in Europa herstellen. Sobald passende Geschäftspartner gefunden sind, ist eine Fertigung der Siliziumresonatoren im großen Maßstab in Finnland geplant.