Microwave & Terahertz

Die Technologieplattform Microwave & Terahertz bietet Fertigsysteme ebenso wie kundenspezifische Lösungen bis in den THz-Bereich.

Dabei bieten wir unser Know-how entlang der gesamten mikroelektronischen Wertschöpfungskette an – von der Entwicklung über die Herstellung, Verpackung, Charakterisierung und Prüfung kostengünstiger, leistungsstarker und zuverlässiger Geräte, integrierter Schaltkreise sowie Anwendungssyteme.

Bei der Entwicklung konzentrieren wir uns auf zukunftsweisende Anwendungen, insbesondere aus den Bereichen Kommunikation und Sensorik (u.a. 5G-mm-Wellen- oder Radarerfassung für autonome / selbstfahrende Fahrzeuge).

  • Fundiertes Wissen und langjährige Erfahrung in Packaging und Heterointegration für Hochfrequenz-Anwendungen

  • hochmoderne Geräte und Schaltkreise für Anwendungen bis in den THz-Bereich

  • Design für Systeme, z.B. für die Kommunikation oder hoch- und ultrahoch-Frequenzen

  • Die FMD bietet Si- und Verbindungshalbleiter-basierte Reinräume, die die Verarbeitung von Si, SiGe, InP, GaN/SiC, InGaAs/GaAs zur Herstellung von Geräten wie HBTs, HEMTs, passive Strukturen oder mm-Wave Integrated Circuits (MMICs)

  • F & E zur Integration von III-V-Materialien in Si-basierte Technologien

  • Integration von InP-basierter HBT BICMOS-Technologie in einen Einzel-Chip

  • Test und Charakterisierung von designten, mit SiGe:C -hergestellten und -zusammengesetzten Systemen (auch in rauen Umgebungen)

 

Europractice IC Service: Multi Project Wafer (MPW) und Prototyping 

 

Im Rahmen des EUROPRACTICE IC Services bietet das Leibniz IHP als Teil der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland einen Fertigungsservice für Multi Project Wafer (MPW) und Prototyping an. Weitere Informationen finden Sie hier.

Flyer Microwave & Terahertz

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MIRANDA-94: Hochauflösende Echtzeit-SAR-Bildgebung

 

5G Infrastruktur für die kabellose Kommunikation der Zukunft

Compact Microwave Plasma Source

a versatile tool for various applications

GaN Microwave & Power Switching Devices

InP HBT Technology for Terahertz Applications

RF, Microwaves & Milimeter Waves

W-Band Radarmodule

Richtfunk

Sub-millimeter-ICs

Terahertz-Frequenzen

Microwave & Terahertz

Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland zeigt mit ihren 13 Mitgliedsinstituten der Fraunhofer-Gesellschaft und Leibniz-Gemeinschaft Forschungsleistungen von internationaler Exzellenz. Damit trägt die FMD dazu bei, dass Deutschland und Europa einen Spitzenplatz in der Forschung und Entwicklung einnehmen. Einige ausgewählte Forschungshighlights und Leuchtturmprojekte im Bereich Microwave & Terahertz finden Sie nachfolgend.

Die Liste aller Publikationen für die Technologieplattform Microwave & Terahertz zum Download:

Weltweit erstes, skalierbares, 5G mm-Wellenmodul in PCB-Technologie mit direkt eingebetteten Dies

© Fraunhofer IZM
Bild 1: Röntgenaufnahme des hergestellten Moduls, Bild 2: Modul mit Patch- Antennen (Oberseite), Bild 3: Testdemonstrator des Moduls mit Systemboard
  • Extrem kurze, hochfrequente (39 GHz) mm-Wellen Signalpfade vom Chip zur integrierten Antenne durch Einbettung der Chips
  • Anwendbar für unterschiedlichste 5G Use-Cases durch einfache Skalierbarkeit mehrerer Module und der damit verbunden Fokussierung der Strahlung

Kooperationen:

EU-gefördertes Projekt SERENA (H2020)

Veröffentlichungen:

  • Ndip I, et al. (2020): A Novel Packaging and System-Integration Platform with Integrated Antennas for Scalable, Low-Cost and High-Performance 5G mmWave Systems, in 2020 IEEE 70th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), 2020, pp. 101-107. doi: 10.1109/ECTC32862.2020.00029.
  • Kosmider S, et al. (2020): PCB Embedding Technology for 5G mmWave Applications, in 16th Annual Device Packaging Conference (DPC 2020), Fountain Hills, Arizona, USA, 3-5 March 2020. doi: 10.5281/zenodo.3971608

Multi-Purpose 240 GHz Radar Transceivers

© Leibniz IHP
Example for IHP 240GHz chips for point-to-point wireless link above 200 GHz with high speed modulation capabilities and large scanning bandwidth
  • Sub-THz 240GHz MIMO transceivers with more than 40 GHz bandwidth
  • Complex modulation in transceivers supports multiple radar techniques
  • Power combined power amplifier reaching 10dBm output power at 240 GHz
  • Fully integrated multiplier by-8 LO chain with 30dB spur rejection
  • On-chip LBE antenna with more than 6dBi gain

Kooperationen:

  • BMBF-gefördertes Projekt T-KOS
  • EU-gefördertes Projekt WORTECS
  • BMBF-gefördertes Projekt EMPHASE

Veröffentlichungen:

  • Eissa M H, et al. (2020): 100 Gbps 0.8-m Wireless Link based on Fully Integrated 240 GHz IQ Transmitter and Receiver, in IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Los Angeles, CA, USA, 2020, pp. 627-630. doi: 10.1109/IMS30576.2020.9224101
  • Ng H J, Hasan R, Kissinger D (2019): A scalable four-channel frequency-division multiplexing MIMO radar utilizing single-sideband delta–sigma modulation, in IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 67, no. 11, pp. 4578–4590, Nov. 2019. doi: 10.1109/TMTT.2019.2930499
  • Hasan R, et al. (2019): F-Band Differential Microstrip Patch Antenna Array and Waveguide to Differential Microstrip Line Transition for FMCW Radar Sensor, in IEEE Sensors Journal, vol. 19, no. 15, pp. 6486-6496, 1 Aug.1, 2019. doi: 10.1109/JSEN.2019.2909935.
  • Ahmad W A, et al. (2021): Multimode W-Band and D-Band MIMO Scalable Radar Platform, in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 69, no. 1, pp. 1036-1047, Jan. 2021. doi: 10.1109/TMTT.2020.3038532

Drahtlose Echtzeit-Datenübertragung mit THz-Trägerfrequenzen

© Fraunhofer IAF
Prototyp eines drahtlosen THz-Übertragungssystems für Datenraten >100 Gbit/s über eine Distanz von bis zu einem Kilometer.
  • Echtzeit-Betrieb einer Terahertz-Datenübertragung mit einer Trägerfrequenz von 300 GHz und Datenraten > 100 Gbit/s
  • Einsatz einer innovativen InGaAs mHEMT Technologie mit Grenzfrequenzen > 1 THz
  • Erfolgreiche Entwicklung von ultra-breitbandigen THz Front-Ends

Kooperationen:


Veröffentlichungen:

  • Castro C, et al. (2020): Experimental Demonstrations of High-Capacity THz-Wireless Transmission Systems for Beyond 5G, in IEEE Communications Magazine, vol. 58, no. 11, pp. 41-47, November 2020. doi: 10.1109/MCOM.001.2000306
  • Castro C, et al. (2020): Real-Time Demonstration of a 100 Gb/s THz-Wireless Fiber Extender, in ITG-Fb. 294: Photonische Netze Teil der ITG-Fb. 294: Photonische Netze, pp. 28-32, November 2020. Print ISBN: 978-3-8007-5423-6
  • John L, et al. (2020): Broadband 300-GHz Power Amplifier MMICs in InGaAs mHEMT Technology, in IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, vol. 10, no. 3, pp. 309-320, May 2020. doi: 10.1109/TTHZ.2020.2965808

Weiterführende Informationen:

www.iaf.fraunhofer.de/de/medien/pressemitteilungen/drahtlose-echtzeit-videouebertragung-mit-terahertz.html

www.rohde-schwarz.com/de/unternehmen/news-und-presse/all-news/rohde-schwarz-forscht-gemeinsam-mit-den-fraunhofer-instituten-hhi-und-iaf-an-6g-im-thz-frequenzbereich-pressemitteilungen-detailseite_229356-714688.html?rusprivacypolicy=0

III-V-MOSHEMT – Neuartige Transistor-Technologie mit Rekord-Betriebsfrequenzen

Verstärkerschaltung mit MOSHEMT-Transistoren bei 243 GHz.
© Fraunhofer IAF
Verstärkerschaltung mit MOSHEMT-Transistoren bei 243 GHz.

Kombination der Vorteile von III/V-Halbleitern und Si-MOSFETs in einem neuartigen Bauelement (Metalloxidhalbleiter-HEMT – MOSHEMT)

  • Die maximale Oszillationsfrequenz von 640 GHz übertrifft den weltweiten Stand der Technik für jegliche MOSFET-Technologie, einschließlich des Silizium-MOSFETs
  • Reduzierung des Gate-Leckstroms um mehr als den Faktor 1000
  • Weltweit erster Verstärker-IC auf Basis von InGaAs-MOSHEMTs für den Frequenzbereich zwischen 200 und 300 GHz

Kooperationen:

Veröffentlichungen:

  • Tessmann A, et al. (2019): 20-nm In0.8Ga0.2As MOSHEMT MMIC Technology on Silicon, in IEEE Journal of Solid-State Circuits, Volume: 54, Issue: 9, (Sept. 2019). doi: 10.1109/JSSC.2019.2915161
  • Leuther A, et al. (2019): THz frequency HEMTs: Future trends and applications, in Compound Semiconductor Week, (CSW 2019). Proceedingss, Japan. doi: 10.1109/ICIPRM.2019.8819000
  • Tessman A, et al. (2018): High gain 220 - 275 GHz amplifier MMICs based on metamorphic 20 nm InGaAs MOSFET technology, in IEEE BiCMOS and Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium, (BCICTS 2018), USA. doi: 10.1109/BCICTS.2018.8550836

Weiterführende Informationen:

MOSHEMT – neuartige Transistor-Technologie erreicht Rekordfrequenzen

Digitale Leistungsverstärker

Hoch effizient und kompakt: neuartiger GaN-basierter digitaler Leistungsverstärker MMIC (3-stufig). Das neuartige Konzept liefert höchste PAE (40 %) über 10 dB Power Back-Off Bereich bei 900 MHz. Höchste Linearität erreicht: mit Hilfe von Gegentakttreibern liefert digitaler Verstärker nach DPD mehr als 50 dB A.
© Leibniz FBH
Hoch effizient und kompakt: neuartiger GaN-basierter digitaler Leistungsverstärker MMIC (3-stufig). Das neuartige Konzept liefert höchste PAE (40 %) über 10 dB Power Back-Off Bereich bei 900 MHz. Höchste Linearität erreicht: mit Hilfe von Gegentakttreibern liefert digitaler Verstärker nach DPD mehr als 50 dB A.
  • Weltweit erste komplett digitale Transmitterkette realisiert
  • Realisierung einer GaN-basierten rein digitalen Senderkette im Mikrowellenbereich
  • Neuartiges (patentiertes) Modulatorkonzept, digitaler PA (patentiert), Filter, Schalter (Patente: US 2019 / 0131999 A1 & DE 102016106790A1)

Kooperationen:

DFG-geförderte Projekte (WE 6288/3-1, WE 6288/1-1)

Veröffentlichungen:

  • Hühn F, et al. (2017): A New Modulator for Digital RF Power Amplifiers Utilizing a Wave-Table Approach, in International Journal of Microwave and Wireless Technologies, Volume 9, Issue 6, pp. 1251 – 1260, (July 2017). doi: 10.1109/EuMC.2016.7824474
  • Hühn F, et al. (2019): Highly Compact GaN-based All-Digital Transmitter Chain Including SPDT T/Rx Switch for Massive MIMO Applications, in International Journal of Microwave and Wireless Technologies, Vol. 11, Special Issue 7, pp. 609 - 617, (April 2019). doi: 10.1017/S175907871900045X
  • Hühn F, et al. (2019): A Reconfigurable Modulator for Digital Outphasing Transmitters, in IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest 2019, pp. 1480 – 1483, USA (June 2019). doi: 10.1109/MWSYM.2019.8700817
  • Hoffmann T, et al. (2019): GaN Digital Outphasing PA, in Proceedings of the 49th European Microwave Conference (EuMC), pp. 551 - 554, France (October 2019). doi: 10.23919/EuMC.2019.8910788

Weiterführende Informationen:
Digital PA Lab

SiGe Single-Chip Radare

Der Radar-Chip im offenen QFN-Package, welches auf einer FR4-Platine befestigt ist.
© Fraunhofer FHR
Der Radar-Chip im offenen QFN-Package, welches auf einer FR4-Platine befestigt ist.
  • Entwicklung breitbandiger analoger Schaltungen bis 300 GHz für Hochauflösende Bildgebung mittels SAR- und ISAR-Verfahren --> Weltweit erste SAR-Bilder bei 300 GHz
  • Integrierte FMCW-Radarchips bis 240 GHz
  • Entwicklung mehrkanaliger Sende-/Empfangschips für MIMO-Anwendungen

Kooperationen:

Veröffentlichungen:

  • Thomas S, et al. (2019): A SiGe-Based 240-GHz FMCW Radar System for High-Resolution Measurements, in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 67, no. 11, pp. 4599-4609, Nov. 2019. doi: 10.1109/TMTT.2019.2916851
  • Thomas S, et al. (2016): A Compact, Energy-Efficient 240 GHz FMCW Radar Sensor with High Modulation Bandwidth, in Proc. German Microwave Conference (GeMiC) 2016, Germany. doi: 10.1109/GEMIC.2016.7461639
  • Thomas S, et al. (2017): Ultra-Wideband Signal Generation at 300 GHz in a SiGe BiCMOS Technology, in Proc. 12th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC), Germany, 2017. doi: 10.23919/EuMIC.2017.8230679

Weiterführende Informationen:

Hochauflösendes 240-GHZ-Radar mit SiGe-Chip

 

»Wir unterstützen den 5G-Netzausbau im Millimeterwellenbereich.«

Technologiepark-Manager Dr. Stephan Guttowski spricht im Interview über die Herausforderungen und Chancen im Bereich Microwave & Terahertz.