Panorama-Collage des Ionenbeschleunigers im Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf. Collage: HZDR, Dr. Michael Zier

International gefragt: Helmholtz-Tochter veredelt Chips und Prothesen

Dresden, 24. Mai 2013: Mit seinen Ionenkanonen, die international ihresgleichen suchen, lockt ein junges Dresdner Helmholtz-Unternehmen Technologiekunden aus aller Welt an. Unter den 60 Klienten aus der Wirtschaft, die die „HZDR Innovation GmbH“ in den anderthalb Jahren sein ihrer Gründung gewonnen hat, sind führende Mikroelektronik-Konzerne aus Übersee, aber auch Maschinenbauer, Medizintechnik-Firmen und Turbinenexperten, wie Geschäftsführer Andreas Kolitsch sagt.

US-Firmen motzen Leistungs-Halbleiter bei “HZDR Innovation” auf

Prof. Andreas Kolitsch. Foto: HZDR Innovation

„Wir haben hier sehr moderne und effektive Beschleuniger, wie sie kaum eine Uni besitzt, bieten Reinraumbedingungen und industrienahe Bearbeitung“, erklärt sich Kolitsch die Zugkraft seines Unternehmens. Auch decken die Dresdner Ionen ein ungewöhnlich breites Energiespektrum von wenigen Elektronenvolt bis hin zu mehreren Mega-Elektronenvolt ab. Diese Technik sei teils weltweit einzigartig, sagt Kolitsch, so dass sogar US-Firmen ihre Chip-Wafer in Dresden „aufmotzen“ lassen.

Zudem verfüge das “Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf” (HZFR), dessen Ionenbeschleuniger die Tochterfirma nutzt, über eine mehr als 50-jährige Erfahrung in der Strahlbehandlung von Werkstoffen – Vorgänger der Helmholtzeinrichtung war das 1956 gegründete DDR-Zentralinstitut für Kernphysik.

Wunsch-Defekte im Silizium wirken auf Verlustströme wie Fallen

Die Dresdner Ionenkanonen beschießen beispielsweise Siliziumscheiben (Wafer) aus Leistungs-Halbleitern (zum Beispiel IGBT-Chips) mit hochenergetischen Rumpfatomen (Ionen), um so bewusst Defektstellen im Silizium erzeugen. Diese Störenfried-Fallen saugen dann ziellos umherwandernde Elektronen im Material auf. Folge: Die so behandelten stromstarken und spannungsreichen Chips arbeiten später in Haushaltsgeräten oder Fahrzeugen mit bis zu 80 Prozent weniger Verlustleistung. „Das bedeutet zum Beispiel für ein Elektroauto, dass die Batterien nicht sinnlos leergesaugt werden, die Reichweite also größer wird“, erklärt Kolitsch.

Hitzefeste Leichtbauwerkstoffe für Turbinen und Turbolader

Ein Mitarbeiter zeigt ein mit Ionen behandeltes künstliches Gelenk. Foto: Frank Bierstedt, HZDR

Andere Kunden richten die Beschleuniger zum Beispiel auf künstliche Hüft- und Kniegelenke. Sie beschießen deren Oberflächen mit speziellen Materialien, die Entzündungen und Verschleiß an den Prothesen minimieren und das Zusammenwachsen mit natürlichen Knochen fördern.

Wieder andere härten mit den Dresdner Ionen ihre Maschinenteile oder dotieren Schaufeln und andere Teile aus Titan-Aluminium-Verbindungen so, dass diese auch der starken Hitze in Turbinen oder Turboladern standhalten. Gerade diese Veredelung von Leichtbaumaterialien sei ein Wachstumssektor, betont der Geschäftsführer. Denn bisher widerstehen solche Werkstoffe oft nur Temperaturen bis zu 600 Grad – nach der Dresdner Behandlung sind sie für über 1000 Grad Celsius fit und erschließen sich damit neue Einsatzfelder.

Unternehmens-Konstrukt in Helmholtz-Gemeinschaft bisher einzigartig

Doch nicht nur die Technologien, sondern auch das Geschäftsmodell des 25-köpfigen Betriebs gilt als innovativ: Die „HZDR Innovation GmbH“ wurde im Oktober 2011 vom „Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf“ (HZDR) gegründet, weil immer mehr Unternehmen aus der freien Wirtschaft erpicht auf Strahlzeiten an den Großforschungsanlagen waren – mehr, als eine öffentliche Wissenschaftseinrichtung „so nebenbei“ – betreuen konnte.

Ausgründung soll Etat für Forschung füttern

Silmulation der Ionenbestrahlung eines Materialgitters. Abb.: HZDR Innovation

Zudem spielte der Gedanke hinein, den Forschungsetat des Zentrums aufzubessern und Leerzeiten an den für viel staatliches Geld installierten Anlagen zu minimieren. Das daraus entstandene Unternehmen ist die erste wirtschaftliche Tochter einer Helmholtz-Einrichtung in Deutschland. Mittlerweile interessieren sich viele andere Institute für Dresdner das Dresdner Konstrukt.

Die überregionale Resonanz für dieses Modell hat sich jetzt auch im bundesweiten Technologie-Transferwettbewerb „wissen.schafft.arbeit“ der TU Chemnitz niedergeschlagen: Dort hat es die „HZDR Innovation GmbH“ unter 24 Kandidaten aus ganz Deutschland nun ins Finale geschafft.

Auch betriebswirtschaftlich hat sich die Ausgründung bisher bewährt, wie Kolitsch unterstreicht: In diesem Jahr erwartet er über eine Million Euro Umsatz sowie Gewinne, die den Gesellschaftern – dem HZDR und der Transfergesellschaft GWT der TU Dresden – zugute kommen. „Die Priorität hat natürlich immer die Forschung“, betont der Geschäftsführer. „Wir mieten nur etwa jene 15 Prozent Strahlzeit an den Beschleunigern an, die sonst Leerzeiten gewesen wären.“

HZDR-Video über die Ionenimplantation:

Bau eigener Ionenkanonen steht perspektivisch zur Debatte

Angesichts des großen Andrangs schmiedet Kolitsch aber schon ehrgeizige Pläne für die Zukunft: Denn bisher befinden sich die meisten Projekte mit Industriekunden noch im Entwicklungsstadium. Werde daraus eine Massenproduktion mit Zehntausenden statt bisher Tausenden Wafern pro Monat, müsse man den Bau eigener Ionenbeschleuniger erwägen. Wieviel dann investiert werden soll, will der Chef noch nicht verraten. Aber es dürfte sich wohl um zweistellige Millionenbeträge handeln. Heiko Weckbrodt