Forschung im Fokus

Hochvolt-Leistungstransistoren
Selbstsperrende Hochvolt-Leistungstransistoren für 600 V Betriebsspannung und 75 A Spitzenstrom

GaN-HFETs mit hohen Strömen und hoher Durchbruchspannung

Zur Leistungsumwandlung, z.B. in Elektroautos oder Photovoltaik-Anlagen, werden Transistoren mit geringem Einschaltwiderstand und hoher Spannungsfestigkeit benötigt. Dafür eignen sich GaN-HFETs besonders, deren Durchbruchspannung durch Fe- oder C-dotierte GaN-Puffer erhöht werden kann. Aufgrund der größeren Barriere, im Vergleich zu nicht dotierten Pufferschichten, sinkt jedoch die Konzentration der Ladungsträger im Kanal – dasselbe gilt für AlGaN-Puffer, die zusätzlich den Wärmewiderstand erhöhen. Diese sinkende Konzentration kann durch n-Dotierung einer dünnen (10 nm) AlGaN-Barriere zwischen C-dotiertem Puffer und undotierter GaN-Kanalschicht kompensiert werden. Die zusätzlichen Elektronen aus dieser Schicht verdoppeln den Strom Ids,max im Vergleich zu einem ansonsten gleich aufgebauten Transistor. Die Spannungsfestigkeit wird davon nicht beeinträchtigt und die Leckströme im abgeschnürten Zustand bleiben niedrig. Eine solche dünne n-dotierte AlGaN-Schicht unter dem Kanal führt damit zu einem deutlich günstigeren Verhältnis von Einschaltwiderstand zu Durchbruchspannung und damit besseren GaN-HFETs für Anwendungen als Leistungsschalter.

Weitere Informationen siehe FBH-Forschung vom 18.08.2011

780 nm-Module für Präzisionsmessungen im All

Mikrointegriertes Lasermodul
Mikrointegriertes Lasermodul für Präzisionsmessungen im Weltraum

Die Gruppe Lasermetrologie am FBH entwickelt mikrointegrierte Lasermodule, die sich insbesondere für Präzisionsmessungen im Weltraum eignen. Derzeit stehen Lasermodule für spektroskopische Anwendungen im Mittelpunkt, die 2013 an Bord einer Rakete ins All starten werden. Mittelfristig sollen die Module an Bord der ISS oder im Rahmen einer geeigneten Satellitenmission zum Einsatz kommen. Das Konzept setzt auf die Mikrointegration von Laserchips, optischen Komponenten und Elektronik auf einer AlN-Mikrobank. Dies reduziert Volumen und Gewicht um einen Faktor von mehreren 100 im Vergleich zu kommerziellen Systemen. Die Lasermodule zeigen eine außerordentlich hohe spektrale Kurzzeit-Stabilität (wenige kHz Linienbreite) bei Ausgangsleistungen von 1 W und mehr. Sie haben zudem alle erforderlichen mechanischen Vibrations- und Stresstests für Weltraumanwendungen erfolgreich bestanden. Die verwendeten Aufbautechniken und Komponenten sind weltraumqualifiziert oder besitzen die dafür nötigen Voraussetzungen. Derzeit entwickelt das FBH ein weltraumqualifizierbares Aufbau- und Verbindungskonzept mit integrierter Faserkopplung auf der Mikrobank. Dieses ist für 780 nm optimiert, kann jedoch sehr einfach auf andere Wellenlängen zwischen 650 nm und 1100 nm übertragen werden.

Publikationen:

E. Luvsandamdin, G. Mura, A. Wicht, A. Sahm, G. Erbert and G. Tränkle "Hybrid-integrated ECDL for precision Rubidium spectroscopy in space" European Conf. on Lasers and Electro-Optics and the European Quantum Electronics Conf. (CLEO Europe - EQEC 2011), Munich, Germany, May 22-26, paper CB-P12-THU (2011).

E. Luvsandamdin, G. Mura, A. Wicht, A. Sahm, S. Spießberger, H. Wenzel, G. Erbert and G. Tränkle "Micro-integrated ECDLs for precision spectroscopy in space" Int. Conf. on Space Optical Systems and Applications (ICSOS 2011), Santa Monica, USA, May 11-13, pp. 383-385 (2011).

S. Spießberger, M. Schiemangk, A. Sahm, A. Wicht, H. Wenzel, J. Fricke, and G. Erbert
"1 W semiconductor based laser module with a narrow linewidth emitting near 1064 nm"
Proc. SPIE, vol. 7953, no. 795311 (2011).

Weiterführender Beitrag zum Einsatz der Laser: "Bose-Einstein Condensation in Microgravity"

Sensorstreifen für neuartige Röntgendetektoren

Zeilensensor
Direkt wandelnder Zeilensensor mit 1024 Pixeln und 100 µm lateraler Auflösung (© Oppermann/TU Dresden)

In enger Zusammenarbeit mit der TU Dresden – Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik – entwickelt das FBH Sensorstreifen für neuartige Röntgendetektoren. Erst kürzlich wurden direkt wandelnde Zeilensensoren demonstriert, die die Nachteile bisheriger Sensoraufbauten aus Szintillator und Photodetektor beseitigen. Die Vorteile sind insbesondere das sehr geringe Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln, der einfachere Aufbau und die längere Lebensdauer der Detektorchips. GaAs-Sensoren wandeln dabei Röntgenphotonen mit einer lateralen Auflösung von 100 µm je Pixel direkt in Ladungsträger um. Der Demonstrator mit einem Sensor aus 1024 Pixeln entstand in Kooperation mit den Fraunhofer-Instituten IZFP und IPMS, die die Sensorbaugruppen der Verstärker- und Auswerteelektronik entwickelten.

Weitere Informationen siehe FBH-Forschung vom 12.09.2011

Publikation:

Oppermann, M.; Lohse, T.; Metasch, R.; Zerna, T.; Wolter, K.-J.
X-Ray Resistant Packaging for X-Ray Line Detectors. Paper und Präsentation auf der ESTC Berlin (2010).

Hocheffiziente Leistungsverstärker und Oszillatoren

30 Watt-Verstärker
Hocheffizienter 30 Watt-Verstärker bei 2,45 GHz

Im Rahmen des regionalen Wachstumskerns "Berlin WideBaSe" arbeitet das FBH gemeinsam mit den regionalen KMUs BeMiTec, GloMic und Sentech an der Entwicklung und Vermarktung hocheffizienter Leistungs-Mikrowellenverstärker und Oszillatoren. Der Schwerpunkt liegt auf technologischen und schaltungstechnischen Konzepten, die den Wirkungsgrad von Mikrowellen-Leistungsverstärkern erhöhen. Die Verstärker werden als Demonstratoren bei zwei verschiedenen Frequenzen realisiert. Angestrebt sind 1 kW Ausgangsleistung mit 70% Wirkungsgrad bei der Frequenz von 80 MHz, beziehungsweise 200 W mit 60% Effizienz bei 2,45 GHz. Die neuartigen Verstärker sollen anschließend zur Generierung von Hochdichte-Plasmen in Plasmaquellen von Sentech eingesetzt werden. Nach Abschluss des Projektes soll das erworbene Know-how von den beteiligten Firmen vermarktet werden.

Berlin WideBaSe