Pressemitteilungen

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.

Gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie hat das Fraunhofer IAF im Rahmen des EU-Projekts CHEQUERS einen tragbaren Gefahrenstoffscanner entwickelt. Der Sensor erkennt explosive, toxische oder anderweitig gefährliche Substanzen in Echtzeit und soll Einsatzkräften zur Vor-Ort-Detektion an Tatorten oder nach Unfällen dienen. Am 25. April traf sich das Projektkonsortium zum offiziellen Projektabschluss.

Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI entwickelt Drahtlosübertragungssysteme der nächsten Generation (Beyond 5G) basierend auf Terahertz (THz)-Technologie. Dabei erlaubt die THz-Technologie wesentlich höhere Datenraten als aktuelle 4G- und 5G-Mobilfunktechnik. Forschenden der Abteilung Photonische Netze und Systeme ist gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF nun erstmals gelungen, ein 4K-Video in Echtzeit über einen drahtlosen THz-Link zu übertragen. Über den THz-Link konnte eine drahtlose Übertragungskapazität von 100 Gbit/s demonstriert werden.

Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher aus sechs Instituten haben sich zusammengeschlossen, um Quantenmagnetometer für unterschiedliche industrielle Anwendungen zu entwickeln. Am 14. Mai 2019 fand die offizielle Auftaktveranstaltung für das Fraunhofer-Leitprojekt Quantenmagnetometrie, kurz QMag, in Berlin statt.

Einem Fraunhofer-Forscherteam ist es gelungen, die Funktionalität von GaN Power ICs für Spannungswandler signifikant zu steigern: Am Fraunhofer IAF integrierten die Forscher Strom- und Temperatursensoren zusammen mit Leistungstransistoren, Freilaufdioden und Gate-Treibern auf einem GaN-basierten Halbleiterchip. Diese Entwicklung ebnet den Weg für kompaktere und effizientere On-Board-Ladegeräte in Elektrofahrzeugen.

Am 1. April 2019 startet die Fraunhofer-Gesellschaft das Leitprojekt »Quantenmagnetometrie« (QMag): Die Freiburger Fraunhofer-Institute IAF, IPM und IWM wollen die Quantenmagnetometrie aus dem universitären Forschungsumfeld in konkrete industrielle Anwendungen überführen. Im Schulterschluss mit drei weiteren Fraunhofer-Instituten (IMM, IISB und CAP) entwickelt das Forscherteam hochintegrierte und bildgebende Quantenmagnetometer mit höchster Ortsauflösung und optimierter Empfindlichkeit.

Sensoren ermöglichen die Automatisierung von Produktions- und Logistikprozessen und schaffen somit die Voraussetzungen für eine effiziente Wertschöpfung. Eine präzise Sensorik bildet einen Grundpfeiler der Industrie 4.0. Bislang spielen radarbasierte Sensoren eine untergeordnete Rolle in der Industrie. Dabei liegen die Vorteile auf der Hand: Im Vergleich zu optischen Sensoren sind Radarsysteme unempfindlich gegenüber schlechten Sichtverhältnissen und im Gegensatz zur Röntgenstrahlung sind sie gesundheitlich unbedenklich. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF entwickelt kompakte und hochauflösende Radarsysteme für eine deutliche Effizienzsteigerung verschiedener industrieller Prozesse und stellt seine Entwicklungen vom 1.-5. April auf der Hannover Messe 2019 vor (Halle 2, Stand C22).

Infrarot-Technologien wie Nachtsichtgeräte, die die Wärmeabstrahlung von Personen, Gebäuden und Gegenständen erfassen und so das Sehen bei Dunkelheit ermöglichen, sind allseits bekannt. Doch auch darüber hinaus finden IR-Technologien wie Detektoren und Laser eine breite Anwendung: In der Raumfahrt geben sie Auskunft über die Zusammensetzung der Atmosphäre unseres eigenen wie auch von Exoplaneten, Erdbeobachtungssatelliten nutzen Detektoren zur Erforschung des Klimas, mithilfe der Infrarot-Spektroskopie lassen sich Treibhausgasemissionen oder andere chemische Stoffe in Echtzeit nachweisen und Infrarot-Laser sind inzwischen ein unverzichtbares Werkzeug in der medizinischen Diagnostik und Therapie. Um die Forschung und Entwicklung solcher IR-Technologien voranzutreiben, treffen sich Fachleute der IR-Photonik und Optoelektronik auf dem 44. Freiburger Infrarot-Kolloquium. Die zweitägige Fachtagung findet am 19. und 20. März 2019 am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF statt.

Der Elektronikmarkt wächst signifikant und fordert immer kompaktere und effizientere leistungselektronische Systeme. Die bislang dominierende Elektronik auf Basis von Silicium wird den steigenden industriellen Ansprüchen in absehbarer Zeit nicht mehr gerecht werden. Nun haben sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Universität, Fraunhofer-Gesellschaft und Leistungszentren zusammengeschlossen, um eine neuartige Materialstruktur zu erforschen, die den Anforderungen der Industrie an zukünftige Leistungselektronik weit besser genügen soll. In dem kürzlich gestarteten Projekt »Erforschung von funktionalen Halbleiterstrukturen für eine energieeffiziente Leistungselektronik« (kurz »Leistungselektronik 2020+«) geht es um das noch unerforschte Halbleitermaterial Scandiumaluminiumnitrid (ScAlN). Prof. Dr. Oliver Ambacher, Institutsleiter des Fraunhofer IAF und Professor für Leistungselektronik am Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Universität Freiburg, koordiniert die überregionale Zusammenarbeit.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit die häufigste Todesursache. Bis heute sind trotz wichtiger Fortschritte in der Diagnostik und Therapie einige Bereiche mit hohem Bedarf noch nicht abgedeckt. Um die kardiovaskuläre medizinische Diagnostik zu personalisieren und bessere Messergebnisse zu erhalten, müssen das Herz, Organe und Tumore auf molekularer Ebene charakterisiert werden können. Das Projekt MetaboliQs kombiniert diamantbasierte Quantensensorik und medizinische Bildgebung, zwei Bereiche von europäischer Exzellenz, um das Verständnis für krankheitsbedingte molekulare Veränderungen im Körper zu verbessern und dadurch die personalisierte Diagnostik von kardiovaskulären Krankheiten voranzutreiben.

Die Standardisierung von 5G NR, dem weltweit ersten Standard der nächsten Mobilfunkgeneration „5G“, steht kurz vor der Vollendung. Schon heute werden Datenverkehrsdichten von mehreren Terabytes pro Sekunde und pro Quadratkilometer prognostiziert. Für die Verbindung zum Mobiltelefon werden immer mehr Mobilfunkzellen, die nur einen kleinen Bereich abdecken, benötigt, um allen Nutzern die gewünschten hohen Datenraten zu bieten. Jede dieser Zellen muss mit einem „Backhaul“ an das Datennetz eines Mobilfunkanbieters angebunden werden. Nicht immer ist eine Glasfaseranbindung eine gute Option. – Im Projekt „ThoR“ stellen sich Forscherinnen und Forscher aus Europa und Japan zusammen mit Herstellern und Anwendern der Herausforderung, diese immensen Datenmengen mittels THz-Richtfunkstrecken als Backhaul in das Kernnetz der Mobilfunkanbieter zu übertragen.