Innovationen mit Mikrowellen und Licht

Das FBH entwickelt leistungsstarke Diodenlaser sowie Mikrowellenbauteile im Sandkornformat

Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) ist eines der international führenden Institute für anwendungsorientierte und industrienahe Forschung in der Mikrowellentechnik und Optoelektronik. Auf der Basis von III/V-Verbindungshalbleitern realisiert es Hochfrequenz-Bauelemente und Schaltungen für die Kommunikationstechnik und Sensorik. Leistungsstarke und hochbrillante Diodenlaser entwickelt das Institut für die Materialbearbeitung, Lasertechnologie, Medizintechnik und Präzisionsmesstechnik. Für künftige Anwendungen führt das FBH grundlegende Untersuchungen an Nitriden durch, beispielsweise für die Realisierung von kurzwelligen UV-Lichtquellen oder Transistoren für sehr hohe Spannungen.

Die enge Zusammenarbeit des FBH mit Industriepartnern, Forschungseinrichtungen und Universitäten garantiert die schnelle Umsetzung der Ergebnisse in die Praxis. Für seinen erfolgreichen Technologietransfer wurde das FBH schon mehrfach ausgezeichnet. Die markt- und kundenorientierte Ausrichtung des FBH hat außerdem bereits fünf Spin-offs hervorgebracht. "Wir arbeiten nicht nur als Wissenschaftler, sondern sind auch Schnittstelle zwischen Forschung und Industrie", erläutert Prof. Günther Tränkle, Direktor des Ferdinand-Braun-Instituts das Selbstverständnis, "daher beziehen wir schon frühzeitig die Interessen potenzieller Kunden in unsere Forschung ein."

Das Institut beschäftigt 230 Mitarbeiter und hat einen Etat von 21 Millionen Euro. Es ist Teil des Forschungsverbundes Berlin e.V. (FVB) und gehört zur Leibniz-Gemeinschaft. Außerdem ist es in zahlreiche Netzwerke eingebunden, unter anderem in das Kompetenznetz Optische Technologien Berlin-Brandenburg OpTecBB und das Zentrum für Mikrosystemtechnik in Berlin ZEMI.

Diodenlaser aus dem FBH zeichnen sich durch ihre geringe Größe und Präzision ebenso aus wie durch hohe Brillanz und Effizienz. Trotz seiner Sandkorngröße bringt es ein einzelner Laser auf eine Leistung von bis zu 20 Watt (Dauerstrichbetrieb) bzw. 100 Watt (Kurzpulsbetrieb). Das ist ungefähr 5000- bzw. 25000-mal mehr als ein Laser im CD-Player leistet. Diese Eigenschaften in Verbindung mit der außerordentlich hohen Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen führen dazu, dass sich FBH-Laser auch im Weltraum bewähren, beispielsweise in Atomuhren von GPS-Satelliten der neuen Generation. Die Einsatzgebiete der brillanten Lichtquellen sind vielfältig. In der Medizintechnik helfen sie bei der photodynamischen Krebstherapie. Dabei wird ein Medikament in Tumorzellen angereichert. Licht einer definierten Wellenlänge, das auf die Zelle trifft, aktiviert den Wirkstoff - und die befallenen Zellen werden zerstört. Weitere Anwendungen liegen in der Messtechnik und der Materialbearbeitung wie Schweißen, Löten oder Beschriften.

Mikrowellen-Bauteile aus dem FBH finden sich häufig in der Kommunikationstechnik. Weil die Transistoren und Verstärker so klein und leistungsstark sind, können beispielsweise Handys immer leistungsfähiger und zugleich handlicher und leichter werden. Etwa 2.000 Chips mit Mikrowellenschaltungen können auf einem 4-Zoll-Wafer gefertigt werden. Bei Laser­chips passen sogar bis zu 10.000 Stück auf die Scheibe mit etwa 10 Zentimetern Durch­messer. Die Fertigung großer Stückzahlen wiederum reduziert die Herstel­lungs­kosten.

Auch für Basisstationen in der Mobilkommunikation entwickelt das FBH intelligente Lösungen. Kompakte und energieeffiziente Schaltungen, in der Nähe der Antennenspitze platziert, kommen mit weniger als der Hälfte der Energie herkömmlicher Anlagen aus. Obendrein erfordern sie einen erheblich geringeren Kühlaufwand. Ein weiteres Beispiel sind Radarsensoren in Fahrerassistenzsystemen, die die Verkehrssicherheit erhöhen. Sie helfen beim Einparken, regulieren die Geschwindigkeit, wenn man dem Vordermann zu nahe kommt, und warnen vor drohenden Kollisionen.

Darüber hinaus entwickelt das Ferdinand-Braun-Insitut Mikrowellen-Plasmaquellen insbesondere im Bereich der atmosphärischen Mikroplasmen. Damit sollen künftig neue Anwendungen in der Medizin, der Biologie, bei der Halbleiterfertigung und der industriellen Oberflächentechnik erschlossen werden und Niederdruckanwendungen in den kostengünstigeren atmosphärischen Bereich transferiert werden.

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in der Mikrowellentechnik und Optoelektronik finden auf der Grundlage sogenannter Basistechnologien statt. Auf Wafern entstehen mittels Epitaxie hauchdünne Schichten mit den gewünschten Materialeigenschaften. Dieser Prozess erfolgt am FBH durch Metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE). Dabei lagern sich in einem Reaktor gasförmige Metallverbindungen bei hohen Temperaturen Atomlage für Atomlage übereinander ab. Das HVPE-Verfahren wird insbesondere bei explorativen Forschungsarbeiten zur Realisierung von Galliumnitrid- und Aluminiumnitrid-Substraten genutzt. Ein modernes, industriekompatibles Prozessequipment verarbeitet die Wafer weiter. Die Prozesslinie umfasst fotolithografische Verfahren, nass- und trockenchemische Ätzprozesse sowie Metallisierungsschritte. Zum Schluss trennen Techniker die Chips aus dem Wafer und montieren sie zu optoelektronischen oder Hochfrequenz-Bauteilen.

Für Partner aus Forschung und Industrie entwickelt das FBH hochwertige Produkte und Dienstleistungen, die exakt auf individuelle Anforderungen zugeschnitten sind. Seinem internationalen Kundenstamm bietet es Know-how und Komplettlösungen aus einer Hand: vom Entwurf bis zum lieferfähigen Modul, vom Entwicklungsauftrag bis zur Kleinserie.

Das Angebot reicht von der Epitaxie kundenspezifischer III/V-Halbleiter Schichtstrukturen über die Entwicklung und Durchführung von Strukturierungsprozessen bis zur Herstellung "maßgeschneiderter" Hochleistungsdiodenlaser oder Mikrowellenbauteile. Es bietet Services in Design und Simulation, Aufbau- und Verbindungstechnik sowie Zuverlässigkeitsuntersuchungen.

[Institutsporträt, pdf]