CCD-Chip Die Eimerkette

Als ich vorgestern die Nachricht aus Stockholm hörte, der diesjährige Nobelpreis für Physik gehe an George Smith und Willard Boyle, habe ich mich sehr gefreut. Denn nun kann ich zwei weitere Nobelpreisträger zu meinen ehemaligen „Chefs“ zählen, wenn ich es so sagen darf. Schon in Berlin als Praktikant traf ich auf den Erfinder des Elektronenmikroskops Ernst Ruska (Nobelpreis 1986) und Max von Laue (1914).

Später in Kalifornien im Silicon Valley arbeitete ich mit William Shockley (1956), einer der drei Väter des Transistors, zusammen. Und danach bei den Bell Laboratories in Murray Hill (New Jersey) begegnete ich George Smith als „department head“ und Bill Boyle als „laboratory director“. Als ich nach Deutschland zurückkehrte und am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart forschte, waren meine „Chefs“, der damalige Präsident der Max-Planck-Gesellschaft, Adolf Butenandt (1939) und sein Vizepräsident, Werner Heisenberg (1932).

Silizium als Kandidat

Eigentlich soll nach dem Testament von Alfred Nobel der Nobelpreis an Forscher verliehen werden, die im vorausgegangenen Kalenderjahr mit ihrer Entdeckung den größten Nutzen für die Menschheit erbracht haben. Smith und Boyle war das bereits im Jahr 1965 geglückt, als ich gerade als „member of technical staff“ in der Halbleitergruppe der Bell-Labs arbeitete. Smith und Boyle waren aus einer Grundlagengruppe in die ihnen damals noch recht fremde Halbleiterabteilung versetzt worden. Damals waren die „magnetischen bubbles“ als Datenspeicher im Gespräch, die sich aber als zu energiefressend und lahm erwiesen.

Boyle und Smith meinten, man könne doch diese Idee auch mit Halbleitern versuchen und ersannen das Charged-Coupled-Device, den CCD-Sensor. Elektrische Ladungen werden durch das Licht eines Bildes erzeugt und dann wie bei einer Eimerkette („bucket brigade“) nach außen weitergereicht und punktweise ausgelesen. Die Idee wurde zum Patent angemeldet, und dann sollten wir den Beweis führen, dass die Idee mit dem Halbleiter Silizium funktioniert.

Bei Sony blieb man hartnäckig

Adolf Goetzberger, Ed Nicollian, Dawon Kahng und wie meine Kollegen im Labor 21 alle hießen, sollten sofort ein solches CCD-Bauelement herstellen. Doch das war viel zu schwierig für die damalige noch sehr fehlerbehaftete Silizium-Technologie. Das Dilemma bei dem CCD-Chip ist der Umstand, dass jeder Materialfehler, sei er noch so klein, sofort im Bild sichtbar wird. Helle Punkte und Streifen entstehen. So gab man die Versuche bei den Bell Labs schließlich auf.

Bei Sony in Yokohama und Tokio aber sagte man sich, dass ein solcher CCD-Chip auf Siliziumbasis entscheidend für das künftige Geschäft der Firma wäre. Eine kleine, fleißige Gruppe nahm sich der Aufgabe an. Es wurde schwierig, und man war auch hier kurz davor, aufzugeben. Der Chef dieser Mannschaft, Kazuo Iwama, aber hielt durch, und schaffte es schließlich. Auf seinem Grabstein ist ein CCD-Chip angebracht; und die Oldtimer bei Sony verehren Iwama noch immer.

In Deutschland scheute man das Risiko

Entscheidend war, dass man, dass keinerlei Materialfehler bei der Herstellung der Siliziumbauteile auftraten und perfekte, ungestörte Bilder aus dem CCD ausgelesen werden konnten. Heute beherrscht man die CCD-Technik - und jede moderne Digitalkamera, alle astronomischen Teleskope nutzen diese lichtempfindlichen Sensoren. Ich nominierte - mit Erfolg - Smith und Boyle für einen bedeutenden japanischen Preis, der immer eine gute Vorlage für das schwedische Nobel-Komitee ist.

Mit Goetzberger, Engl, Pilkuhn und anderen war ich in den siebziger Jahren ich in einer Kommission des Bundesministeriums für Forschung. Wir empfahlen damals dringend, dass auch in Deutschland, vor allem bei Telefunken und auch bei Siemens diese schwierige, in der Entwicklung teure, aber ungemein nützliche, vielseitige CCD-Technik entwickelt werden solle. Man wollte aber hierzulande - wie so oft - dieses Risiko nicht eingehen. Man könne die Bauelemente ja schließlich zukaufen, war das Argument, das sich schließlich durchsetzte. Das ist auch letztlich einer der Gründe für den Tod der deutschen Kamera-Industrie.