III/V-Elektronik

Das übergreifende Ziel der Forschungsarbeiten des FBH im Bereich III/V-Elektronik ist, die Grenzen der elektronischen Bauteile hinsichtlich effizienter Leistungserzeugung bei hohen Frequenzen, hohen Spannungen und kurzen Schaltzeiten systematisch zu erweitern. Das Spektrum reicht von schneller Leistungselektronik über die Mobilfunkfrequenzen im unteren GHz-Bereich bis hin zu Sub-Millimeterwellen. Alle Aktivitäten basieren auf der III/V-Halbleitertechnologie. Sie umfassen derzeit die folgenden Themen:
 

  • HF-Leistungsmoduleauf Basis von GaN für den Einsatz in Mobilfunk-Basisstationen - der Schwerpunkt liegt auf Konzepten zur Verbesserung  der Energieeffizienz (Versorgungsspannungmodulation/Envelope Tracking).
  • Digitale Leistungsverstärker – das FBH entwickelt neue digitale Verstärkerarchitekturen für die drahtlose Infrastruktur, die Flexibilität mit Leistungseffizienz verbinden. Langfristiges Ziel ist der komplett digitale Transmitter.
  • Terahertz-Komponenten & -Systeme –  der Schwerpunkt liegt auf integrierten Schaltungen mit Indium-Phosphid (InP) Heterobipolartransistoren (HBTs), mit Betriebsfrequenzen  von derzeit bis zu 530 GHz. Dabei kommt ein Transfer-Substrat-Prozess zur Anwendung, der auch eine InP-auf-BiCMOS-Heterointegration auf Waferebene beinhaltet. Damit können kompakte integrierte Frontend-Module für Radar-, Sensor- und Kommunikationssysteme realisiert werden.
  • Nutzung von plasmonischen Effekten für die Terahertz-Detektion – diese Detektoren demonstrieren die Funktion von Transistorstrukturen weit oberhalb der klassischen Grenzfrequenzen im 1 THz-Bereich. Wir nutzen dazu die GaN-Technologie.
  • InP Devices – InP-HBTs für THz-Frequenzen, die die Basis für die THz-Systeme am FBH darstellen. Integriert mit Si-BiCMOS-Schaltkreisen wird diese Technologie in Kooperation mit dem Leibniz-Institut IHP auch für externe Kunden bereitgestellt.
  • GaN-basierte Schalttransistoren & Schottkydioden für hohe Spannungen
  • Laterale selbstsperrende GaN-basierte Schalttransistoren für hohe Spannungen, monolithisch integrierte Halbbrücken kombiniert mit hybrid integrierten Treibern auf AlN-Substraten – für hocheffiziente Leistungs-Umrichter mit hoher Taktrate, geringem Gewicht und Volumen. Damit eignen sie sich für vielfältige Anwendungen, u.a. im Bereich Elektromobilität.
  • Mikroplasmen & Lasertreiber – GaN-Transistoren werden außerdem dazu genutzt, um kompakte Mikroplasmaquellen, z.B. für die Aktivierung von Oberflächen, zu entwickeln sowie schnelle Hoch-Strom-Treiber zu realisieren, die mit Laserdioden aus dem FBH zu Pulsquellen integriert werden, z.B. für LiDAR-Anwendungen. Dies beinhaltet auch vertikale GaN-Leistungstransistoren für Chip-auf-Chip integrierte Laserpulser.
  • Transistoren auf Basis neuer Materialien mit großer Bandlücke wie AlN und Ga2O3 – für Anwendungen von der Leistungselektronik bis zum Mikrowellenbereich.

Neben der III/V-Halbleitertechnologie erfordern diese Forschungsarbeiten die entsprechende Expertise bei Simulation, Modellierung, Schaltungsdesign und Charakterisierung.