Innovationen mit Mikrowellen und Licht

Das FBH entwickelt leistungsstarke Diodenlaser und elektronische Bauelemente im Reiskornformat

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, Leistungselektronik und Sensorik. Leistungsstarke und hochbrillante Diodenlaser entwickelt das Institut für die Material­bearbeitung, Medizintechnik und Präzisionsmesstechnik.  Es erforscht und entwickelt zudem Nitrid-basierte Bauelemente für kurzwellige 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 Institut, das bereits zehn Spin-offs hervorgebracht hat, schon mehrfach ausgezeichnet. „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.“ Mit seinem erfolgreichen Hochschul-Kooperationsmodell sichert das FBH die enge Verbindung zur universitären Forschung und schlägt so die Brücke zwischen grundlagen- und anwendungsorientierter Forschung bis hin zur Verwertung.

Das Institut beschäftigt 290 Mitarbeiter und hat einen Etat von 28 Millionen Euro. Es ist Teil des Forschungsverbundes Berlin e.V., gehört zur Leibniz-Gemeinschaft und ist in zahlreiche Netzwerke eingebunden.

Intelligente Lösungen im Einsatz

Diodenlaser aus dem FBH zeichnen sich durch ihre geringe Größe und Präzision ebenso aus wie durch hohe Brillanz und Effizienz. Trotz seiner Reiskorngröße bringt es ein einzelner Laser auf eine Leistung von bis zu 30 Watt (Dauerstrichbetrieb) bzw. 200 Watt (Kurzpulsbetrieb). Das ist ungefähr 5.000- bzw. 25.000-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, indem sie bei einer exakt definierten Wellen­länge ein in Tumorzellen angereichertes Medikament aktivieren – die befallenen Zellen werden zerstört. Weitere Anwendungen liegen bei optischen Präzisions­messungen, in der Messtechnik, Sensorik und Materialbearbeitung (Schweißen, Löten, Beschriften).

Seit mehreren Jahren entwickelt das FBH hybride Lasermodule mit Strahlformungsoptiken, externen Resonatoren und Oszillator-Verstärker-Kombinationen. Solche streich­holz­großen Module können u.a. in der Displaytechnologie, etwa bei aufwändigen Groß­projektionen in Planetarien oder Flugsimulatoren, schrankgroße Laser­typen ersetzen. Einen vollkommen neuen Ansatz bietet die am FBH entwickelte, kompakte Pikosekunden-Lichtquelle mit integriertem Pulspicker. Sie vereint HF-Technologie und Elektronik mit der Entwicklung von Hochleistungsdiodenlasern – beides sind Kernkompe­tenzen am FBH – und kann u.a. in der Lasermaterialbearbeitung oder bei biomedizinischen Untersuchungs­techniken (Fluoreszenzspektroskopie) eingesetzt werden.

Elektronische Bauelemente aus dem FBH finden sich häufig in der Kommunikationstechnik und Leistungselektronik. Informations- und Kommunikationstechnologien, die Umwelt und Ressourcen schonen und gleichzeitig die Betriebskosten senken, sind in Bereichen wie etwa der drahtlosen Kommunikation unerlässlich. Für derartige Green-IT-Anwendungen werden dringend verbesserte Verstärker benötigt. Denn Mikro­wellen-Leis­tungs­verstärker machen nicht nur den Hauptanteil am Energieverbrauch von Basis­stationen aus, sie sind auch Voraussetzung für die kommenden Mobilfunk­genera­tionen, die höhere Bandbreiten und neue spektrumseffiziente Modulations­verfahren bieten.

Darüber hinaus hat das FBH seine Aktivitäten im Bereich der Terahertz-Elektronik ausgebaut. Es bietet verschiedene Technologien bei monolithisch integrierten Schaltkreisen (MMICs) mit Grenzfrequenzen über 300 GHz. Design Kits sind für Stand-Alone-Prozesse ebenso wie für den heterointegrierten InP-auf-BiCMOS-Prozess, SciFab, verfügbar. Dieser Foundry-Prozess vereint die Vorteile zweier Hochfrequenz-Halbleiterwelten, der hoch­komplexen BiCMOS- (Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik) und der Hochleistungs-InP-DHBT-Technologie (FBH). Dank der einzigartigen Integration auf Wafer-Level lassen sich, im Vergleich zu herkömmlichen Aufbautechniken, Bauelementgröße und Gewicht reduzieren sowie die Wärmeabfuhr verbessern.

Forschung und Entwicklung auf solider Basis

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in der Mikrowellentechnik und Optoelektronik finden auf der Grundlage von Basistechnologien statt. Auf Wafern entstehen mittels Epitaxie, durch MOVPE- und HVPE-Verfahren, hauchdünne Schichten mit den gewünschten Materialeigenschaften. 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-Bauelementen. 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.

Lösungen & Services aus einer Hand

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, Strukturierungsprozessen bis zu "maßgeschneiderten" Hochleistungsdiodenlasern und elektronischen Bauelementen. Es umfasst Services in Design und Simulation, Aufbau- und Verbindungstechnik sowie Zuverlässig­keitsuntersuchungen.