Pressemitteilungen

Die Fraunhofer-Institute INT und IAF sowie der Fraunhofer-Leitmarkt Luft- und Raumfahrtwirtschaft wurden gemeinsam mit einem internationalen Konsortium aus mittelständischen Raumfahrtunternehmen und Start-ups ausgewählt, eine mit 1,4 Millionen Euro geförderte Studie für ein unabhängiges europäisches Satellitennetz anzufertigen.

Um den Quantencomputer schnellstmöglich in den industriellen Einsatz zu bringen, bieten die Fraunhofer-Institute IAF und IAO ab dem 27. Januar 2022 eine Schulungsreihe für interessierte Unternehmen an. Dabei stehen neben der Vermittlung von Expert*innenwissen auch das Kennenlernen und die Interaktion mit dem IBM-Quantencomputer in Ehningen auf dem Plan.

Das Fraunhofer IAF hat mit der Professur für Mikroelektronik am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg und Hahn-Schickard eine zuverlässige, bedarfsgerechte und ressourcenschonende LED-Beleuchtung für Arbeitsplatz- und Büro-Anwendungen entwickelt. Das Beleuchtungskonzept beinhaltet eine intelligente, energiesparende Licht- und Leuchtensteuerung, die sich an den Bedürfnissen des arbeitenden Menschen orientiert.

Im Juni begann der Nanosatellit »W-Cube« seine Reise an Bord einer Falcon 9 Rakete von Cape Canaveral zum polaren Orbit. Dort wurde er rund einen Monat später in seine Umlaufbahn in 500 Kilometer Höhe gebracht und sendet nun erfolgreich Testsignale im Q- und W-Band zur Erde. Das Sendermodul des Satelliten sowie das Empfängermodul der korrespondierenden Bodenstation wurden vom Fraunhofer IAF entwickelt.

Ausgezeichnete Halbleitertechnologie: Die Fraunhofer-Institute IAF und IIS sowie die Universität Freiburg/INATECH belegen mit dem Verbundprojekt »EdgeLimit – Grenzbetrachtung der Leistungselektronik in modernen Edge-Cloud Systemen« den zweiten Platz im Innovationswettbewerb »Elektronik für energiesparsame Informations- und Kommunikationstechnik« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF).

Die (Rechen-)Leistung von Quantencomputern hängt stark von ihrem zentralen Hardwareelement ab: dem Qubit. Es existieren mehrere Ansätze zur Realisierung von Qubits, jedoch fehlen aktuell stabile, skalierbare Fertigungsmethoden, um einen Durchbruch in der industriellen Nutzung zu erreichen. Das kürzlich gestartete Projekt »MATQu« zielt darauf ab, das vorhandene europäische Know-how im Bereich der Materialien und Produktionsprozesse zu erweitern. So soll der europäischen Industrie der Weg zu festkörperbasierten Quantencomputern geebnet werden. Die beiden Fraunhofer-Institute IPMS und IAF bringen dabei ihre Expertise in der 300-mm-Fertigung und der Tieftemperaturmesstechnik ein.

Zuverlässige und hochperformante Kommunikationsnetzwerke sind ein Innovationsbeschleuniger der digitalen Gesellschaft. Um die digitale Zukunft effektiv und unseren Vorstellungen entsprechend gestalten zu können, ist es für Deutschland und Europa wichtig, technologisch souverän zu sein. Deshalb fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Projekt Open6GHub in den nächsten vier Jahren mit rund 67 Millionen Euro. Das Projektkonsortium aus 17 Partnern wird an der Entwicklung und Umsetzung intelligenter Kommunikationsnetze und der nächsten Mobilfunkgeneration 6G arbeiten. Open6GHub wird vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) koordiniert.

Bei akkubetriebenen Anwendungen, im Automotive-Bereich und bei IT-Infrastrukturen ist die 48 V-Technik auf dem Vormarsch. In dieser Spannungsklasse bieten Gallium Nitrid (GaN) Leistungstransistoren den besten Kompromiss zwischen Sicherheit, Kompaktheit und Effizienz. Nun präsentieren Forschende des Fraunhofer IAF wegweisende Integrationskonzepte mit GaN-basierten, integrierten Schaltungen (ICs) für Niedervolt-Anwendungen.

Im jüngst gestarteten Verbundprojekt »T-KOS« der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland soll die Terahertz-Technologie nun erstmals synergetisch in den Bereichen Kommunikation und Sensorik für die Industrie erschlossen werden. Innovative Systemlösungen in beiden Bereichen können entscheidend dazu beitragen, gesellschaftliche Zukunftsthemen, wie Digitalisierung, Industrie 4.0 oder Ressourceneffizienz, erfolgreich umzusetzen und somit den Wirtschaftsstandort Deutschland langfristig zu stärken.

Immer mehr Geräte werden heute mithilfe intelligenter Sensoren über Funk miteinander verbunden. Doch dieses wachsende »Internet der Dinge« verbraucht mehr und mehr Strom. Im Fraunhofer-Leitprojekt ZEPOWEL wurde daher eine Hardware entwickelt, die die Sensoren nicht nur energieeffizient, sondern zu regelrechten Energiesparern macht. Zunächst kommen zwei Sensorknoten zum Einsatz – für die Maschinensteuerung und für die Messung der Luftqualität in der Stadt. Das Fraunhofer IAF entwickelte dafür hochintegrierte Bauelemente auf Basis von Galliumnitrid.

Das Fraunhofer IAF startet ein Projekt zu kompakten On-Chip-Quellen für verschränkte Photonen, die eine wichtige Komponente für die Realisierung industrieller quantentechnologischer Anwendungen sind. Die Wissenschaftler untersuchen im Projekt »QuoAlA« auf Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) basierende Wellenleiter als Quellen zur Erzeugung von verschränkten Photonen. AlGaAs ermöglicht eine besonders kompakte Bauform und Chipintegration.

Zum Jahresbeginn 2021 startete die Fraunhofer-Gesellschaft mit 6G SENTINEL ein Leitprojekt zur Entwicklung von Schlüsseltechnologien für den kommenden Mobilfunkstandard 6G. Fünf beteiligte Fraunhofer-Institute, darunter das Fraunhofer IAF, bündeln darin unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS ihre Kompetenzen, um gemeinsam eine technologische Spitzenposition bei der 6G-Forschung zu erlangen. Im Mittelpunkt stehen Terahertz-Technologien und Lösungen für flexible Netze.

Ein Durchbruch in der kollaborativen Robotik rückt dank eines Kooperationsprojekts, koordiniert durch das Fraunhofer IAF, in greifbare Nähe. In dem Projekt »RoKoRa – Sichere Mensch-Roboter-Kollaboration mithilfe hochauflösender Radare« ist es Forschern gelungen, eine innovative Radartechnologie zu entwickeln, die als Enabling Technologie eine funktionale Sicherheit bei verschiedenen, auch leistungsstarken, Robotersystemen und -anwendungen ermöglichen kann.

Das Projekt »QLSI« bringt 19 europäische Spitzengruppen zusammen, um sich auf die Entwicklung hochskalierbarer Quantenprozessoren in Silizium zu konzentrieren. Das Projekt ist die jüngste Ergänzung des EU-Quantenflaggschiffs, einer auf 10 Jahre angelegten und mit 1 Milliarde Euro dotierten Forschungs- und Entwicklungsinitiative, die 2018 gestartet wurde.

Der Bau eines zukunftsweisenden Quantenprozessors basierend auf supraleitenden Qubits mit neuartigen Eigenschaften – das ist das erklärte Ziel des vom BMBF mit 14.5M€ geförderten Verbundprojekts GeQCoS („German Quantum Computer based on Superconducting Qubits“), das innerhalb von vier Jahren erreicht und am Walther Meißner-Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften an einem Prototypen demonstriert werden soll.

Im europäischen Forschungsprojekt SEQUENCE nutzen neun Partner, darunter das Fraunhofer IAF, neuartige Ansätze, um Elektronik für Tieftemperaturanwendungen zu entwickeln. Dabei entsteht innovative kryogene 3D-Nanoelektronik, die zur Verbesserung entscheidender Schlüsseltechnologien für Quantencomputer sowie satellitengestützter und terrestrischer Kommunikationssysteme beitragen wird. Das Fraunhofer IAF steuert seine langjährige Erfahrung in Technologieentwicklung, Schaltungsdesign und Tieftemperatur-Messtechnik für ultra-rauscharme Hochfrequenzelektronik bei.

Mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF hat das Stuttgarter Start-up »Twenty-One Semiconductors« (21s) einen starken Partner gefunden, um ihr einzigartiges Laserkonzept zu realisieren. Zu Beginn des Jahres ist 21s Mitglied des High-Tech-Inkubators »FMD-Space« geworden – initiiert von der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) – und hat Zugang zum größten Maschinenpark Europas im Bereich der Mikro- und Nanoelektronik erhalten. Teil der FMD ist das Fraunhofer IAF, das dem jungen Unternehmen mit seiner Expertise im Bereich der Halbleiterlaser zur Seite steht. Gemeinsam entwickeln sie ein neuartiges, effizientes und kompaktes Membran-Lasermodul.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF haben ihre monolithisch integrierten GaN Power ICs mittels Leiterplatten-Embedding-Technologie als Halbbrückenschaltung inklusive Gate- und Zwischenkreiskondensatoren integriert. Das Ergebnis ist ein hochkompakter, effizienter und hochintegrierter Spannungswandler der 600-Volt-Klasse in einem anwendungsfreundlichen Gehäuse. Durch die integrierte Funktionsfähigkeit im Chip und allen kritischen passiven Komponenten auf dem Gehäuse kann er modular eingesetzt werden und reduziert so den Aufwand für die Entwicklung von leistungselektronischen Systemen der Zukunft.

Während viele europäische Staaten gerade dabei sind, den Mobilfunk der 5. Generation aufzubauen, arbeitet die Forschung bereits an seiner Optimierung. Denn obwohl 5G seinen Vorgängern weit überlegen ist, hat auch der neueste Mobilfunkstandard noch Verbesserungspotenzial: Besonders in urbanen Gebieten, in denen ein direkter Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger erschwert ist, funktioniert die Funkverbindung oftmals noch nicht zuverlässig. In dem kürzlich gestarteten EU-Projekt »ARIADNE« erforschen nun elf europäische Partner, wie sich durch die Nutzung von hohen Frequenzbändern und künstlicher Intelligenz eine fortschrittliche Systemarchitektur für »Beyond 5G« entwickeln lässt.

Um die anwendungsnahe Forschung zum Quantencomputing voranzutreiben, gründet die Fraunhofer-Gesellschaft ein nationales Netzwerk Quantencomputing mit Regionalzentren in sieben Bundesländern. Als Erstes nimmt das Kompetenzzentrum »Quantencomputing Baden-Württemberg« seine Arbeit auf. Die Landesregierung fördert das Zentrum in den kommenden vier Jahren mit bis zu 40 Millionen Euro. Das Fraunhofer IAF übernimmt die koordinative Führung des Kompetenzzentrums Baden-Württemberg gemeinsam mit dem Fraunhofer IAO.

Forschern am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist es gelungen, die Ausgangsleistung ihrer GaN-basierten Hochfrequenztransistoren für den Frequenzbereich von 1 – 2 GHz erheblich zu steigern: Sie haben die Betriebsspannung der Bauelemente von 50 Volt auf 100 Volt verdoppeln können und damit einen Leistungswirkungsgrad von 77,3 Prozent erreicht. Mit dieser Technologie wird es nun möglich, hocheffiziente Verstärker mit noch höherer Leistung zu entwickeln, wie sie für Anwendungen in den Bereichen Plasmaerzeugung, industrielle Erwärmung sowie in Kommunikations- und Radartechnologien erforderlich sind.

Um den stetig wachsenden mobilen Datenverkehr zu bewältigen, werden neue Mobilfunkstandards wie zum Beispiel 5G umgesetzt. Diese belegen mehr und höhere Frequenzbereiche. Damit Geräte auch in Zukunft alle diese Frequenzen erreichen können, steigen die Anforderungen an Radiofrequenz (RF)-Bauelemente konstant an. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF hat für diesen Zweck kompaktere und energieeffizientere RF-Filter mit hohen Bandbreiten entwickelt. Im Zuge des Projekts »PiTrans« ist es dem Forschungsteam gelungen, Aluminiumscandiumnitrid (AlScN) mit den nötigen spezifischen Anforderungen zu wachsen und elektroakustische Bauteile für Smartphones zu realisieren.

Um den Transfer von Forschungsentwicklungen aus dem Bereich der Quantensensorik in industrielle Anwendungen voranzubringen, entsteht am Fraunhofer IAF ein Applikationslabor. Damit sollen interessierte Unternehmen und insbesondere regionale KMU sowie Start-ups die Möglichkeit erhalten, das Innovationspotenzial von Quantensensoren für ihre spezifischen Anforderungen zu evaluieren. Sowohl das Land Baden-Württemberg als auch die Fraunhofer-Gesellschaft fördern das auf vier Jahre angelegte Vorhaben mit jeweils einer Million Euro.

Forschern am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist es gelungen, eine neue Art von Transistoren mit extrem hohen Grenzfrequenzen zu entwickeln: Metalloxidhalbleiter-HEMTs, kurz MOSHEMTs. Dafür haben sie die Schottky-Barriere des klassischen HEMTs durch ein Oxid ersetzt. Entstanden ist ein Transistor, der noch kleinere und leistungsfähigere Bauteile ermöglicht und bereits eine Rekordfrequenz von 640 GHz erreicht hat. Diese Technologie soll die Elektronik der nächsten Generation voranbringen.

Dem Fraunhofer HHI ist es in Kooperation mit dem Fraunhofer IAF gelungen, mit einem THz-Übertragungssystem 56 GBit/s drahtlos über eine Freiraumstrecke von 1 km zu übertragen. Die Übertragung erfolgte bei einer Trägerfrequenz von 300 GHz. Das eingesetzte Übertragungssystem verwendet ein hoch-performantes Terahertz-Modem mit Signalverarbeitungsalgorithmen des Fraunhofer HHI sowie schnelle, Indiumgalliumarsenid-basierte integrierte elektronische Höchstfrequenzschaltungen des Fraunhofer IAF.

Wärmepumpen spielen eine entscheidende Rolle in der Energiewende: Nachhaltig erzeugter elektrischer Strom sorgt für Wärme im Winter und gutes Klima im Sommer. Wärmepumpen arbeiten heute nahezu ausschließlich auf Basis von Kompressor-Technologie. Kompressoren benötigen schädliche Kältemittel, deren Einsatz gesetzlich in Zukunft noch stärker eingeschränkt wird. Vor diesem Hintergrund entwickeln sechs Fraunhofer-Institute im Fraunhofer-Leitprojekt ElKaWe hocheffiziente elektrokalorische Wärmepumpen, die ohne schädliche Kältemittel auskommen.

Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF haben das bislang Unmögliche geschafft: Es ist ihnen – weltweit zum ersten Mal – gelungen, Aluminiumscandiumnitrid (AlScN) per metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) herzustellen. Bauelemente auf der Basis von AlScN werden als die nächste Generation der Leistungselektronik angesehen. Das Fraunhofer IAF kommt somit dem Ziel, Leistungselektronik für industrielle Anwendungen auf Basis von Transistoren aus AlScN herzustellen, einen entscheidenden Schritt näher.

Unsere Zukunft selbst mitgestalten und die Mikroelektronik von übermorgen in Deutschland und Europa entwickeln – mit diesem Ziel vor Augen trafen sich Technologieexpertinnen und -experten, Anwenderinnen und Anwender sowie Forschende der Fraunhofer-Gesellschaft und Leibniz-Gemeinschaft zu den 2. FMD Innovation Days. Vom 12. bis 13. September tauschten sich die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) und ihre Gäste aus der Industrie, Wissenschaft und Wirtschaft am IHP in Frankfurt (Oder) über die neuesten Entwicklungen zu 5G, Sensorik für autonomes Fahren sowie drahtlose und radarbasierte Lösungen für Industrie 4.0 aus.

Drahtlose Datennetze der Zukunft müssen höhere Übertragungsraten und kürzere Verzögerungszeiten ermöglichen und dabei immer mehr Endgeräte versorgen. Dies erfordert Netzwerkstrukturen aus vielen kleinen Mobilfunkzellen. Zur Anbindung dieser Zellen bedarf es leistungsfähiger Übertragungsstrecken bei hohen Frequenzen bis in den Terahertz-Bereich. Außerdem gilt es, die Übertragungsstrecken möglichst nahtlos mit Glasfasernetzen zu verbinden. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) setzen dafür ultraschnelle elektro-optische Modulatoren ein, um Datensignale von der Terahertz-Übertragung zur optischen Übertragung zu konvertieren. Das Fraunhofer IAF unterstützt diese Arbeiten durch die Entwicklung von sehr rauscharmen Empfangsschaltungen sowie leistungsstarken Sendeverstärkern.

Um eine hohe Qualität ihrer Pharmazeutika zu gewährleisten, müssen Hersteller nicht nur die Reinheit und Konzentration ihre eigenen Produkte überwachen, sondern auch die der Zulieferer. Forscher am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF haben ein Messsystem entwickelt, das die kontaktlose Identifizierung verschiedenster chemischer und pharmazeutischer Substanzen in Echtzeit ermöglicht und sich ideal für den Einsatz in der Pharma-, Chemie- und Lebensmittelindustrie eignet.