Forschungsnews 2012

FBH-Forschung: 12.12.2012

Neue Ausgründung am FBH: Dünne Schichten bei Atmosphärendruck abscheiden

In zahlreichen Produkten wie Mobiltelefonen, Brillen oder Flachbildschirmen finden sich dünne Schichten, die durch Kathoden­zerstäubung hergestellt werden. Dafür sind bislang große und auf­wändige Vakuumanlagen erforderlich. Forschern am FBH ist es gelungen, das Verfahren auf den Atmosphärendruckbereich zu transferieren. Dadurch sinken die Kosten und neue Beschichtungsmöglichkeiten erschließen sich. Das Verfahren soll in Kürze durch eine Ausgründung kommerziell verwertet werden.

FBH-Forschung: 20.11.2012

Schnelles und effizientes Schalten mit GaN-Leistungstransistoren

Das FBH entwickelt selbstsperrende, auf der p-GaN Gate-Technologie basierende GaN-Transistoren. Mit 150 mm Gateweite wurden Schalttransistoren realisiert, die bei 300 V Sperrfähigkeit einen Einschaltwiderstand von RON = 100 mΩ und einen maximalen Pulsstrom von 75 A aufweisen. Mithilfe eines an der TU Berlin aufgebauten Doppelpuls-Schaltmessplatz mit induktiver Last wurden die Schalttransienten mit < 5 ns Zeitauflösung gemessen – mit ausgezeichneten Ergebnissen.

FBH-Forschung: 06.11.2012

3-dimensionale Integration von SiGe-BiCMOS und InP-HBT-Technologie

Aktuelle Ergebnisse der im "HiTeK"-Projekt hergestellten Höchstfrequenzschaltkreise auf der Basis von InP-HBTs belegen die Leistungsfähigkeit der entwickelten Technologieplattform für heterogen integrierte Schaltungen bei Terahertz-Frequenzen (0,1 – 1 THz).

FBH-Forschung: 26.10.2012

Rot-emittierende Diodenlaser mit schmaler Linienbreite

Schmalbandige Rot-emittierende Diodenlaser sind eine attraktive Alternative zu He-Ne-Lasern, die derzeit in der Metrologie und der Raman Spektroskopie zum Einsatz kommen. Erst kürzlich haben Wissenschaftler des FBH erfolgreich DBR-Oberflächengitter in Wellenleiterstrukturen von Diodenlasern (Wellenlängenbereich 630 nm…640 nm) integriert und vielversprechende Ergebnisse erzielt.

FBH-Forschung: 09.10.2012

Optimierte Multifinger-Transistoren für Millimeterwellen-Leistungsverstärker

Am FBH wurden Arbeiten durchgeführt, mit denen die Ausgangsleistung von Verstärkern im Millimeterwellen-Bereich erhöht werden soll. Dazu wurden 4-, 6- und 8-Finger-Transistoren entwickelt, die Transitfrequenzen fmax von 323 GHz, 283 GHz, bzw. 256 GHz aufweisen. Diese Multi-Finger-HBTs sind geeignet für Verstärkeranwendungen im mm-Wellen-Bereich um 100 GHz.

FBH-Forschung: 14.09.2012

Flip-Chip UV-B-LEDs mit optischen Leistungen im Milliwatt-Bereich

Die Anwendungsfelder von ultraviolettem Licht im UV-B-Wellenlängenbereich sind vielfältig: von der Materialbearbeitung, wie z.B. der Oberflächenbehandlung, bis hin zu Applikationen im medizinischen Bereich. Durch zahlreiche Optimierungen der Herstellungstechnologie ist es nun gelungen, die Ausgangsleistungen der LEDs bis in den Milliwatt-Bereich zu erhöhen und damit an internationale Spitzenwerte in diesem Bereich aufzuschließen.

FBH-Forschung: 24.08.2012

Leistungsstarke brillante Strahlquellen: "Truncated" optische Halbleiter-Trapezverstärker verbessern MOPA-Systeme

Ideale Halbleiterlaser-Lichtquellen vereinen hohe optische Leistungen im Wattbereich mit beugungsbegrenzter Strahlqualität und spektral stabilisierter, schmalbandiger Emission. Jede diesbezügliche Verbesserung ermöglicht neue Anwendungen. Durch Optimierungen ist es Wissenschaftlern des FBH nun gelungen, mehr als 50 W maximale spektral schmalbandige Gesamtleistung aus einzelnen Verstärkern unter "quasi-continuous wave"-Betrieb zu erreichen.

FBH-Forschung: 27.07.2012

Reduzierter dynamischer Einschaltwiderstand für GaN-Leistungstransistoren

GaN-basierte Hochspannungsschalttransistoren ermöglichen besonders effiziente Leistungskonverter. Wegen der geringen Verluste pro Schaltzyklus können sie bei höheren Frequenzen betrieben werden als Konverter mit Si-basierten Schaltern. Allerdings wird nach der Belastung von einigen 100 V Sperrspannung am Drain ein höherer dynamischer Einschaltwiderstand gemessen als ohne vorherige Sperrspannungsbelastung. Neu entwickelte GaN-Pufferzusammensetzungen mit AlGaN und eisendotiertem GaN lösen dieses Problem: Sie haben eine ähnliche Spannungsfestigkeit wie GaN:C Pufferkonzepte mit geringer Kohlenstoffkonzentration, ermöglichen jedoch Transistoren mit deutlich geringerem dynamischen Einschaltwiderstand.

FBH-Forschung: 12.07.2012

Siliziumkarbid-Fotodioden mit höchster Zuverlässigkeit zur Detektion ultravioletter Strahlung

Eine wachsende Anzahl von Anwendungen zur Detektion von UV-Strahlung erfordert Detektorsysteme mit höchster Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität. In einem gemeinsamen Projekt von FBH, IKZ und sglux wurden höchsteffiziente und -zuverlässige SiC p-n-Fotodioden auf n-dotierten Substraten vom 4H-Polytyp hergestellt. Alterungstests demonstrieren ihre Robustheit gegenüber UV-Bestrahlung und weisen ihre Eignung für den Einsatz bei hohen UV-Bestrahlungsstärken nach.

FBH-Forschung: 02.07.2012

Strahlcharakterisierung für die Singlemodefaser-Kopplung von Trapezlasern

Trapezlaser sind für den industriellen Einsatz hoch attraktiv. Jedoch muss der Laserstrahl dazu sehr effizient in Glasfasern (Singlemodefasern) eingekoppelt werden. Die Einkoppelbarkeit kann allerdings aufgrund der komplexen Strahlstruktur von Trapezlasern nicht ausreichend anhand der Beugungsmaßzahl M2 abgeschätzt werden. Am FBH konnte gezeigt werden, dass die umfassendere Charakterisierung der Strahleigenschaften eine verlässliche Vorhersage erlaubt.

FBH-Forschung: 19.06.2012

Messung der Wafertemperatur auf GaN/Saphir mit neuentwickeltem in-situ Sensor

Zunehmend werden für GaN-LEDs Saphir-Substrate größeren Durchmessers verwendet, die sich während des Wachstumsprozesses bis zu einige 100 µm durchbiegen. Dies beeinflusst die Wafertemperatur während der Epitaxie. Inhomogenitäten der Wafertemperatur führen jedoch zu inhomogener Wellenlänge und damit reduzierter Chip-Ausbeute. Am FBH wurde dazu ein weiterentwickelter Temperatursensor getestet, mit dem die Temperatur der Waferoberfläche gemessen werden kann - dies ist für die präzise und reproduzierbare Wellenlängeneinstellung unverzichtbar.

FBH-Forschung: 07.06.2012

GaN-HEMTs in Envelope-Tracking-Systemen für die Telekommunikation

Hauptenergieverbraucher in Mobilfunk-Basisstationen sind die Mikrowellen-Leistungsverstärker, die bei den modernen Modulationsverfahren oft in einem effizienzmäßig ungünstigen Betriebszustand arbeiten. Einer der erfolgversprechendsten Ansätze zur Steigerung des Wirkungsgrades ist die gezielte Modulierung der Betriebsspannung des Leistungsverstärkers. Die entsprechenden Spannungsmodulatoren werden auch am FBH untersucht - Ergebnisse wurden erst kürzlich mit dem Best Paper Award auf der GeMIC 2012 ausgezeichnet.

FBH-Forschung: 23.05.2012

Leistungssteigerung bei 380 nm UV-LEDs

Bei oberflächenemittierenden UV-LEDs mit Emissionswellenlängen zwischen 360 und 380 nm für Sensorik-Anwendungen konnte die Effizienz durch Optimierungen in der Epitaxiestruktur deutlich erhöht werden. Unter anderem wurde die aktive Zone mit einem einzelnen Quantenfilm anstelle einer 5x InGaN/AlInGaN-Multi-Quantenfilmstruktur realisiert und die AlGaN-Ummantelung der aktiven Zone angepasst.

FBH-Forschung: 07.05.2012

DFB-Diodenlaser für die Präzisionsspektroskopie von Kalium (767 nm)

Das FBH hat DFB-Diodenlaser für quantenoptische Experimente mit ultra-kalten Ensembles von Kaliumatomen entwickelt. Mit einem verbesserten Design der Vertikalstruktur ist es gelungen, verlustarme Gitter auch bei 767 nm DFB-Lasern zu implementieren. Die Laser erreichen eine vergleichbare elektro-optische Performance wie bei 780 nm.

FBH-Forschung: 23.04.2012

Galliumnitrid-basierte Höchstfrequenz-ICs mit verbesserter Effizienz

Viele Radar- und Satellitensysteme arbeiten im Bereich von 8 bis 12 GHz. In diesem X-Band-Frequenzbereich werden Verstärkerschaltungen im Allgemeinen als monolithische Schaltungen aufgebaut, da dadurch kritische Toleranzen und parasitäre Eigenschaften reduziert werden können. Am FBH wurde dazu ein GaN-MMIC-Prozess entwickelt, dessen Eigenschaften vor kurzem durch die Reduzierung der Gate-Länge der Transistoren auf 0,25 µm weiter verbessert wurden.

FBH-Forschung: 30.03.2012

InP-Höchstfrequenz-Transistoren und integrierte Schaltungen in Transfer-Substrat-Technologie

Dank ihrer hervorragenden Materialeigenschaften nehmen InP-basierte Transistoren bei hohen Betriebsfrequenzen eine Vorreiterrolle ein. Am FBH werden die Hochfrequenzeigenschaften und Ausgangsleistungen von InP-HBTs mittels einer 3" Substrat-Transfer-Technologie optimiert. Durch den linearen Aufbau werden dominante parasitäre Kapazitäten im Bauelement eliminiert.

FBH-Forschung: 13.03.2012

Diodenlaser für quantenoptische Präzisionsmessungen im Weltraum

Das FBH hat mikro-integrierte Master-Oscillator-Power-Amplifier (MOPA)-Laser und Extended-Cavity-Diodenlasermodule (ECDL) für Experimente mit ultrakalten Rubidium-Atomen an Bord einer Höhenforschungsrakete entwickelt. Beide Modultypen bieten ausgezeichnete Leistungsparameter und kommen ohne bewegliche Komponenten aus. Dadurch erreichen sie die hohen Anforderungen an die mechanische Stabilität der Systeme, die der Einsatz an Bord einer Höhenforschungsrakete stellt.

FBH Forschung: 23.02.2012

24-GHz-CMOS-VCO für Lokalisierungszwecke

Im Rahmen des Projektes "Low-power Wireless Sensor Network with Localization" wurde ein phasenrauscharmer Oszillator entwickelt. Er erzeugt das Radarsignal in Lokalisierungsbausteinen, die beispielsweise die Kollision von Roboterarmen verhindern sollen.

FBH-Forschung: 13.02.2012

Neues Analytiktool am FBH

Am FBH wurde ein leistungsfähiges Analytik-Tool in Betrieb genommen. Das System zur Charakterisierung von Degradationsprozessen wurde mit verschiedenen Systemen zur Analyse der strukturellen und optischen Eigenschaften von Halbleiterschichten und Chips erweitert. Herzstück ist ein Rasterelektronenmikroskop mit thermischem Feldemitter zur hochauflösenden Abbildung von Oberflächen. 

FBH-Forschung: 31.01.2012

GaN-Laserdioden mit niedriger Schwelle

GaN-basierte Laserdioden sind derzeit nur für eine begrenzte Anzahl von Wellenlängen kommerziell verfügbar. Das FBH hat nun gemeinsam mit Partnern begonnen, Laserdioden für Anwendungen in der Atomspektroskopie zu entwickeln. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt derzeit auf den Quecksilberlinien bei 404,7 und 435,9 nm. Dafür muss die Laserwellenlänge präzise eingestellt werden, und die Laserdioden dürfen nur geringe Schwellenströme haben. Es wurden deshalb Rippenwellenleiter-Laserdioden mit einer kleinen Rippenbreite von 1,5 µm und einer Resonatorlänge von 600 µm hergestellt.

FBH-Forschung: 18.01.2012

Trapezlasermodul bei 636 nm mit > 500 mW für die Displaytechnologie

Das FBH hat eine Laserstrahlquelle entwickelt, die >500 mW Leistung bei einer Wellenlänge von 636 nm emittiert. Das Modul bietet einen nahezu beugungsbegrenzten, kollimierten Strahl. Dank dieser Eigenschaften konnte eine Strahldichte von über 19 MW/cm²/sr erzeugt werden, das entspricht einer Leuchtdichte von über 27 TCd/m². Dies ist mehr als 10.000-mal heller als die Sonne und stellt zugleich einen Weltbestwert für rote Laserdioden dar.