Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Von nachhaltiger Digitalisierung und Mobili­ tät über innovative Klimatechnologien bis hin zu Quantensystemen: Am Fuße des ein­ maligen Schwarzwalds in der »Green City« Freiburg entwickelt das Fraunhofer IAF energieeffiziente Mikro- und Nanoelektronik für eine klima neutrale, sichere und unabhän­ gige Zukunft. Die Forschenden arbeiten an nachhaltigen Lösungen auf Basis von III/V­ Halbleitern und gehen neue Wege, um einen Beitrag zur Technologiesouveränität Deutsch­ lands und Europas zu leisten. From sustainable digitalization and mobility to innovative climate technologies and quantum systems: At the foot of the unique Black Forest in the “Green City” Freiburg, Fraunhofer IAF develops energy-efficient micro­ and nanoelectronics for a climate­ neutral, secure and independent future. The researchers are working on sustainable solutions based on III­V semiconductors and are breaking new ground to contribute to the technological sovereignty of Germany and Europe. sovereignty of Germany and Europe. Resource Efficiency and Climate Technologies Quantum Technologies Next Generation Computing Digital Economy Mobility Sector Information and Communications Technology Aerospace Technology

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Vorwort Preface In Zeiten von Veränderungen verbindet uns die Vision von einer nachhaltigen, sicheren und unabhängigen Zukunft. Doch unsere Zukunft hängt von unseren Entscheidungen zu aktuellen Herausforderungen und unserer Zuversicht in unsere Stärken ab. In times of change, we are united by the vision of a sustain- able, secure and independent future. But our future depends on our decisions about current challenges and our confidence in our strengths. The perception of the climate crisis continues to grow, and the Intergovernmental Panel on Climate Change sends a clear message: Industrial nations must reduce their CO2 emissions promptly and drastically by, among other things, switching to green and electricity-based energy production and adjusting their consumption. At the same time, the current chip crisis has highlighted the immense importance of semiconductors to our society and industry, as well as our dependence on just a few chip manufacturers worldwide. With its core competencies and research efforts, Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF makes an impor- tant contribution to problem solving and future viability. We develop high-performance and energy-efficient electronic components based on III-V semiconductors and thus electro- nics that work for our climate protection goals. Our research infrastructure also gives us the opportunity to design sustain- able production processes, operate pilot lines and evaluate these for industrial processes. In order to occupy a sovereign position in global value chains, respond flexibly to disruptions in global supply chains and shape digitalization according to our values, we need our own European manufacturing. Technological sovereignty is the DNA of Fraunhofer IAF. We develop semiconductor devices in cooperation with our European partners and support the expansion of European supply chains. We are thereby creating the conditions for independent and sustainable key technolo- gies of European origin in a multilateral world. Die Wahrnehmung der Klimakrise nimmt weiter zu und der Weltklimarat formuliert eine eindeutige Botschaft: Die Indus- trienationen müssen ihre CO2-Emissionen zeitnah und dras- tisch reduzieren, indem sie u. a. auf grüne und strombasierte Energieproduktion umstellen und ihren Verbrauch anpassen. Gleichzeitig hat die aktuelle Chipkrise die immense Bedeutung von Halbleitern für unsere Gesellschaft und Industrie sowie uns unsere Abhängigkeit von nur wenigen Chip-Herstellern welt- weit vor Augen geführt. Mit seinen Kernkompetenzen und Forschungsanstrengungen leistet das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörper- physik IAF einen wichtigen Beitrag zur Problemlösung und Zukunftsfähigkeit. Wir entwickeln leistungsstarke und energie- effiziente elektronische Komponenten auf Basis der III/V-Halb- leiter und damit eine Elektronik, die für unsere Klimaschutz- ziele arbeitet. Mit unserer Forschungsinfrastruktur haben wir zudem die Möglichkeit, nachhaltige Produktionsprozesse zu konzipieren, Pilotlinien zu betreiben und für industrielle Prozes- se zu bewerten. Um in den globalen Wertschöpfungsketten eine souveräne Position einnehmen, flexibel auf Störungen in den globalen Lieferketten reagieren und die Digitalisierung nach unseren Werten gestalten zu können, brauchen wir eine eigene euro- päische Fertigung. Technologische Souveränität ist die DNA des Fraunhofer IAF. Wir entwickeln Halbleiterbauelemente in Zusammenarbeit mit unseren europäischen Partnern und unterstützen den Ausbau europäischer Lieferketten. Somit schaffen wir die Voraussetzung für unabhängige und nach- haltige Schlüsseltechnologien europäischen Ursprungs in einer multilateralen Welt. 2

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Inhaltsverzeichnis Contents Vorwort � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 2 Preface Inhaltsverzeichnis� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 4 Contents Interview: Im Gespräch mit dem neuen geschäftsführenden Institutsleiter � � � � � � � � � � � � 6 Interview: In conversation with the new executive director Interview: Wie gelingt die Entwicklung eines energieeffizienten 6G-Mobilfunks? � � � � � 12 Interview: How do we succeed in developing energy-efficient 6G mobile communication? Energieeffiziente Elektronik und neue Ansätze für eine klimaneutrale Zukunft � � � � � � � 16 Energy-efficient electronics and new approaches for a climate-neutral future Berichte unserer Forschenden | Articles from our scientists n Mit Terahertz-Funktechnologien zum 6G-Mobilfunk der Zukunft � � � � � � � � � � � � � � 20 Terahertz radio technologies for the 6G mobile communications network of the future n MOCVD-Aluminiumscandiumnitrid für nachhaltige Elektronik � � � � � � � � � � � � � � � � 24 MOCVD aluminum scandium nitride for sustainable electronics n Niedervoltleistungselektronik für eine emissionsfreie Zukunft � � � � � � � � � � � � � � � � 28 Low-voltage power electronics for an emission-free future Interview: Kann Satellitentechnik souverän und nachhaltig sein? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 32 Interview: Can satellite technology be sovereign and sustainable? Schlüsselfaktor Mikroelektronik für technologische Souveränität � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 36 Key factor microelectronics for technological sovereignty Berichte unserer Forschenden | Articles from our scientists n IC- und optische Technologien europäischen Ursprungs � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 40 IC and optical technologies of European origin n Hochfrequenzelektronik für nachhaltige Erdbeobachtung � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 44 High-frequency electronics for sustainable Earth observation n Radar sorgt für Sicherheit in der Mensch-Roboter-Kollaboration� � � � � � � � � � � � � � � 48 Radar ensures safety in human-robot collaboration Zukunftstechnologie Quantencomputing � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 52 Future technology quantum computing 4

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Im Gespräch mit dem neuen geschäftsführenden Institutsleiter In conversation with the new executive director Im Januar 2022 übernahm Prof. Dr. Rüdiger Quay kom- missarisch die geschäftsführende Institutsleitung des Fraunhofer IAF. Im Interview blickt er in die Zukunft, auf das Thema Nachhaltigkeit und eine unabhängige europäische Halbleiterfertigung. In January 2022, Prof. Dr. Rüdiger Quay took over the position of acting executive director at Fraunhofer IAF. In this interview, he looks ahead to the future, to the topic of sustainability and an independent European semiconductor manufacturing. Was sind Ihre Pläne als kommissarischer Institutsleiter des Fraunhofer IAF? What are your plans as executive director of Fraunhofer IAF? Quay — Mir ist es wichtig, das Institut moderner zu gestal- ten – sowohl die Themen als auch die Strukturen. Quanten- technologien sind ein wichtiges Zukunftsthema, bei dem wir eine führende Rolle einnehmen wollen, wobei das nicht im Widerspruch steht zu den vielen Chancen im Bereich der eher klassischen IAF-Themen. Was die Organisationsstrukturen betrifft, ist es mir wichtig, dass wir uns weiter öffnen und neue Arbeitsprozesse erlernen. Beispielsweise sind wir gerade dabei, auch Software zu schreiben. Das ist sehr spannend. Ein ande- rer neuer Bereich ist die Simulation: Wenn wir neue Konzepte mit neuen Verfahren zuerst am Computer simulieren, bietet uns das viel mehr Flexibilität für unsere Forschung. Quay — For me, it is important to make the institute more modern — both the topics and the structures. Quantum tech- nologies are an important future topic in which we want to take a leading role, although this does not contradict the many opportunities in the area of more classical IAF topics. As far as organizational structures are concerned, it is important to me that we open up further and learn new work processes. We are, for example, currently in the process of writing software as well. That is very exciting. Another new area is simulation: If we simulate new concepts with new processes on the compu- ter first, it will offer us much more flexibility for our research. 6

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Wie schafft man es denn, in der Forschung »neu zu denken«? How can one manage to think “in new ways” in research? Quay — Die wichtigste Voraussetzung ist die Fantasie. Bei uns sind Materialien wichtig. Uns steht das ganze Periodensystem zur Verfügung und ich bin äußerst optimistisch, dass da noch sehr viele Möglichkeiten drinstecken, um die Energieeffizienz zu verbessern. Im nächsten Schritt muss man Bestehendes hinterfragen. Es steht in keinem Naturgesetz, dass man bei der Datenübertragung bei hohen Frequenzen über 95 Prozent der Energie wegwerfen muss. Das liegt daran, dass wir derzeit noch nicht so weit sind. Hinzu kommt die Bereitschaft, Dinge auch umzusetzen und sich zu verändern. Vor zehn Jahren hätte niemand geglaubt, dass das IAF Software entwickeln kann. Jetzt machen wir es und es klappt! Quay — Imagination is the most important requirement here. For us, materials are important. We have the entire periodic table at our disposal, and I am extremely optimistic that there are still many possibilities for improving energy efficiency. The next step is to question what already exists. There is no law of nature stating that one has to lose over 95 percent of energy in data transmission at high frequencies. The reason is that we are not there yet. In addition, you need the willingness to implement things and to change. Ten years ago, no one would have be lieved that the IAF could develop software. Now we are doing it and it works! Die Fraunhofer-Gesellschaft hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2030 selbst klimaneutral zu forschen. Wie kann das am Fraunhofer IAF gelingen? The Fraunhofer-Gesellschaft has set itself the goal of conducting climate-neutral research by 2030. How can this be achieved at Fraunhofer IAF? Quay — Wir werden unseren Reinraum grundsätzlich umstel- len – von der Energiebeschaffung bis zu dem Verbrauch – und die Abläufe der Anlagen so gestalten, dass möglichst wenig Energie verschwendet wird. Langfristig werden wir im Rein- raum prüfen, ob man ressourcenintensive Prozesse einsparen kann. Allerdings müssen wir abwägen, was im Betrieb möglich ist, da die Reinheitsanforderungen an die Herstellung hoch- wertiger Komponenten stetig steigen. Quay — We will fundamentally transform our clean room — from energy procurement to consumption — and design the equipment processes so that as little energy as possible is wasted. In the long term, we will examine whether resource- intensive processes can be saved in the cleanroom. However, we have to weigh up what is possible in operation, as the cleanroom requirements for manufacturing high-quality com- ponents are constantly increasing. Wie kann man einem zukünftigen Chipmangel entgegenwirken? How can you counteract a future chip shortage? Quay — Das IAF hat seit langem eine eigenständige Fertigung und liefert bestimmte Halbleiter in attraktiven Stückzahlen. Das wird auch so bleiben und weiter ausgebaut. Auf Dauer müssen wir in Europa lernen, in der weltweiten Wertschöpfungskette dauerhaft weniger anfällig zu bleiben. Das haben mittlerweile viele erkannt und deshalb ist der European Chips Act auch so relevant. Und es wird wichtig sein, die Unabhängigkeit zu bewahren, wenn es im Schweinezyklus wieder ausreichend Chips gibt. Quay — IAF has long had an independent manufacturing operation and supplies certain semiconductors in attractive quantities. This will remain and will be further expanded. In the long run, we in Europe must learn to remain permanently less vulnerable in the global value chain. Many have realized this, which is why the European Chips Act is so relevant. And it will be important to maintain independence when there are enough chips again in the hog cycle. read the full interview i 8

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Inventing a Green Future: energie effiziente Elektronik und technologische Souveränität Inventing a Green Future: energy-efficient electronics and technological sovereignty Forschende des Fraunhofer IAF arbeiten täglich an Lösungen für eine nachhaltige Elektronik, die gleichermaßen Maßstäbe in Sachen Leistung und Effizienz setzt: Sie kreieren Technologien für einen energieeffizienten Mobilfunk der sechsten Generation (6G), erzeugen neuartige Halbleitermaterialien mit überlegenen Eigen- schaften (AlScN per MOCVD) oder entwickeln bereits erprobte und erfolgreiche Technologien (GaN) weiter, um immer energiesparsamere hochperfor mante Module und Komponenten zu realisieren. Zugleich stärken diese Forschungen die technologische Souveränität und Unabhängigkeit Deutschlands wie Europas: Neben signifi kanten Energieeinsparungen durch effiziente Hochfrequenz- und Leistungselektronik tragen die Entwicklungen des Fraunhofer IAF wesentlich dazu bei, innovative Anwendungen im Bereich der Industrie 4.0 (Mensch-Robo- ter-Kollaboration), der Raumfahrt (Satellitenkommunikation) bis hin zu Quanten- technologien auf den Weg zu bringen. Researchers at Fraunhofer IAF are working daily on solutions for sustainable electronics that set standards in performance and efficiency in equal measure: They are developing technologies for energy-efficient sixth-generation mobile communications (6G), creating novel semiconductor materials with superior properties (AlScN via MOCVD), or advancing tried and tested technologies (GaN) to realize new energy-saving modules and components. At the same time, this research strengthens the technological sovereignty and independence of Germany as well as Europe: In addition to significant energy savings through efficient high-frequency and power electronics, our developments contribute substantially to launching innovative applications in the field of Industry 4.0 (human-robot collaboration), space travel (satellite communication) up to quantum technologies. 10

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Wie gelingt die Entwicklung eines energieeffizienten 6G-Mobilfunks? How do we succeed in developing energy-efficient 6G mobile communication? Während der Ausbau des 5G-Mobilfunknetzes in Deutschland immer weiter vorankommt, arbeiten Forschung und Industrie bereits an der nächsten Mobilfunkgeneration: 6G. Im Interview sprechen Wolfgang Templ, Abteilungsleiter »Radio Trans - ceiver Devices« bei Nokia Bell Labs, und Michael Mikulla, Geschäftsfeldleiter Leistungselektronik am Fraunhofer IAF, über den Aspekt der Energieeffizienz sowie über den Nutzen, die Risiken und die Hürden des zukünftigen Mobilfunks. While the rollout of the 5G mobile network in Germany is making ever greater progress, research and industry are already working on the next generation of mobile communications: 6G. In this interview, Wolfgang Templ, Group Manager “Radio Transceiver Devices” at Nokia Bell Labs, and Michael Mikulla, Head of the business unit Power Electronics at Fraunhofer IAF, discuss energy efficiency as well as the benefits, risks and hurdles of the future mobile communication. Nachhaltigkeit und 6G – ist das nicht ein Widerspruch? Templ — Nein, ganz im Gegenteil. 6G zielt ja auf die Ver- besserung der Nachhaltigkeit und insbesondere der Energie- effizienz. Das ist auch aus technischen Gründen wichtig. Da überschüssige Energie weggekühlt werden muss, sind viele Systeme groß, schwer und dadurch teuer. 5G hat bereits einen Fortschritt um den Faktor zehn gebracht und wir gehen davon aus, dass wir bei 6G noch eine deutliche Verbesserung der Energieeffizienz erreichen. Sustainability and 6G — is that not a contradiction? Templ — No, quite the opposite. After all, 6G aims to improve sustainability and energy efficiency in particular. This is also important for technical reasons. Since excess energy has to be cooled away, many systems are large, heavy and therefore expensive. 5G has already brought progress by a factor of ten, and we expect to achieve even greater improvements in energy efficiency with 6G. Mikulla — And, of course, it also depends on the application. For example, if you can have operations and repairs done remotely through 6G technologies and save on travel, that is a meaningful contribution. There are many application scenarios where you need the bandwidth, localization capabilities and latency of 6G which can save a lot of energy elsewhere. Templ — Exactly! Lufthansa in Hamburg, for instance, is already using ultra-high-definition video calls for remote air- craft maintenance. Technicians no longer have to make extra trips. The leverage aspect is huge. Dr. Wolfgang Templ, Abteilungsleiter »Radio Trans ceiver Devices« bei Nokia Bell Labs Dr. Wolfgang Templ, Group Manager “Radio Transceiver Devices” at Nokia Bell Labs 12

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Herr Templ, bei Nokia Bell Labs heißt es: »6G soll die menschliche, physische und digitale Welt ver- binden.« Was bedeutet das? Templ — Im Prinzip geht es darum, dass sich die Techno- logie weiter dem Menschen anpasst und wir eine engere Verbindung von Mensch und Maschine bekommen. In der Praxis sind das zum Beispiel sogenannte Wearables, die man in der Kleidung oder auf der Haut tragen kann. In der ferneren Zukunft geht das in Richtung Bioimplants und Brain Compu- ter Interface. Heute klingt das für uns noch sehr fremd, aber solche Technologien könnten im medizinischen Bereich sehr viel ermöglichen. Außerdem gehören auch Konzepte wie Joint Communication and Sensing, die Verbindung von Sensorik und Kommunikation, Digital Twins, die natürliche Mensch- Maschine-Interaktion oder die holografische Telepräsenz dazu. Videokonferenzen, wie wir sie gerade führen, werden viel naturgetreuer stattfinden können. Je mehr die virtuelle mit der realen Welt verknüpft wird, desto stärker müssen auch die Themen Security und Trustworthiness in diese Technologien eingewoben werden. Das hört sich an, als würden zukünftig Maschinen vermehrt die Kontrolle übernehmen. Templ — Ich kann sehr gut verstehen, wenn es uns bei manchen Begriffen unheimlich wird – denn, wie die meis- ten Technologien, können auch diese missbraucht werden. Angesichts ihres überwiegenden Nutzens sollte man derartige Technologien nicht bannen, sondern dieses Problem kommu- nizieren und verantwortungsvoll damit umgehen. Nur dann, wenn ein Missbrauch wahrscheinlich und die Konsequenzen gravierend wären, muss man sich eventuell dazu entscheiden, auf eine Technologie zu verzichten. Aber ich fürchte, dass jede Technologie, die umgesetzt werden kann, auch realisiert wird. Und wenn Menschen aufgrund ihres Verantwortungsgefühls die Finger davon lassen, dann machen es andere. Templ — Digital signal processing and network control are also very energy-intensive. In the past, for example, a base station was not dynamically adjusted to the traffic load in order to cope with varying traffic volumes. At 2 o’clock at night, there are naturally far fewer calls than during the day. Exploiting these fluctuations in network utilization accordingly is a very important contribution to greater energy efficiency. Mr. Templ, Nokia Bell Labs says: “6G is designed to connect the human, physical and digital worlds.” What does that mean? Templ — In principle, it is about technology adapting further to people and giving us a closer human-machine connec- tion. In practice, this means wearables that can be worn in clo thing or on the skin. In the more distant future, this will move towards bioimplants and brain computer interfaces. Today, this still sounds very strange to us, but such techno- logies could make a great deal possible in the medical field. In addition, concepts such as Joint Communication and Sensing, the combination of sensor technology and communication, Digital Twins, natural human-machine interaction or hologra- phic telepresence are also part of this. Video conferencing, like the one we are having right now, will be able to be done in a much more true-to-life way. The more the virtual world is linked with the real world, the more the issues of security and trust worthiness must be woven into these technologies. It sounds like machines will increasingly take control in the future� Templ — I can understand very well if some terms make us feel uneasy — because, like most technologies, they can also be misused. Given their overwhelming benefits, we should not ban such technologies, but we must communicate this pro- blem and deal with it responsibly. Only if misuse is likely and the consequences would be severe, may you have to decide not to use a technology. But I fear that any technology that can be realized will be realized. And if people refrain from it due to their sense of responsibility, someone else will do it. 14

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Energieeffiziente Elektronik und neue Ansätze für eine klimaneutrale Zukunft Energy-efficient electronics and new approaches for a climate-neutral future Sei es zuhause, im Büro oder unterwegs: Elektronik spielt überall eine wichtige Rolle. Sie ist die Grundlage unserer modernen Gesellschaft und der Digitalisie- rung. Die technologischen Möglichkeiten, die Nutzung elektronischer Geräte sowie die Anforderungen an Performance und Funktionalität nehmen dabei immer weiter zu. Damit muss jedoch nicht zwangsläufig der Energieverbrauch steigen, denn das Optimierungs- potenzial elektronischer Komponenten hinsichtlich Effizienz und Leistungsfähigkeit ist noch längst nicht ausgeschöpft. Darüber hinaus können innovative Ansätze in der Mikro- und Nanoelektronik dazu bei- tragen, die Klimaschutzziele zu erreichen und sowohl Energieverbrauch als auch CO2-Austoß zu minimieren. Wie das gelingen kann, zeigen aktuelle Forschungs- projekte des Fraunhofer IAF. Whether at home, in the office or on the road: Electro- nics play a key role everywhere. It is the foundation of our modern society and of digitization. The techno- logical possibilities, the use of electronic devices and the demands on performance and functionality are constantly increasing. However, this does not necessa- rily mean that energy consumption needs to increase, because the potential for optimizing electronic compo- nents in terms of efficiency and performance is far from exhausted. Innovative approaches in microelectronics and nanoelectronics can help to meet climate protection targets and minimize both energy consumption and CO2 emissions. Current research projects of Fraunhofer IAF show how this can be achieved. 16

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Nahaufnahme der GaN-MMIC des Fraunhofer IAF im Demonstratormodul, das im Fraunhofer- Leitprojekt »ZEPOWEL« entwickelt wurde. Die Projektergebnisse zeigen, wie Sensorsysteme im Internet der Dinge extrem wenig Strom verbrauchen und bundesweit bis zu 20 % der Kohlendioxid­Emissionen einsparen können. Close-up of the GaN MMIC by Fraunhofer IAF in the demonstrator module developed in the Fraunhofer lead project “ZEPOWEL.” The project results show how sensor systems in the Intenet of Things can consume extremely little power and save up to 20 % of carbon dioxide emissions nationwide. Grüne Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) Das Fraunhofer IAF arbeitet in mehreren Projekten und Netzwer- ken an neuen Mobilfunklösungen, die sowohl Energieeffizienz und Nachhaltigkeit als auch Leistungsfähigkeit im Blick haben. Wie das Fraunhofer IAF mit innovativen Terahertz-Funktech- nologien und nachhaltigen InGaAs-HEMT-Technologien zum 6G-Mobilfunk der Zukunft beiträgt, lesen Sie auf S. 20 – 23. Im preisgekrönten Projekt »EdgeLimit – Grenzbetrachtung der Leistungselektronik in modernen Edge-Cloud Systemen« arbeiten die Fraunhofer-Institute IAF und IIS sowie das INATECH der Universität Freiburg an energiesparsamen Mobilfunkbasis- stationen. Das Verbundprojekt will auf Basis von Aluminium- scandiumnitrid (AlScN) die Leistungsdichte und Effizienz von Hochfrequenzverstärkern in 5G-Basisstationen deutlich verbes- sern und damit nachhaltig zu einer ressourcenschonenderen IKT beitragen. AlScN, das mittels metallorganischer Gasphasenepi- taxie (MOCVD) erstmals am Fraunhofer IAF hergestellt wurde, verspricht aufgrund seiner Eigenschaften eine Steigerung der Effizienz und Nachhaltigkeit im Vergleich zu bereits existierender Elektronik (S. 24 – 27). Green Information and Communication Technology (ICT) Fraunhofer IAF is working in several projects and networks on new mobile radio solutions that focus on energy efficiency and sustainability as well as performance. How Fraunhofer IAF contributes to the 6G mobile communications of the future with innovative terahertz radio technologies and sustainable InGaAs HEMT technologies can be read on p. 20 – 23. In the award-winning project “EdgeLimit — Frontier Analysis of Power Electronics in Modern Edge Cloud Systems,” the Fraunhofer Institutes IAF and IIS and the University of Freiburg’s INATECH are working on energy-saving mobile base stations. Based on aluminum scandium nitride (AlScN), the joint project aims to significantly improve the power density and efficiency of high-frequency amplifiers in 5G base stations and thus make a sustain able contribution to more resource-efficient ICT. AlScN, which was produced for the first time at Fraunhofer IAF using metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD), promises to increase efficiency and sustainability compared to existing electronics due to its properties (p. 24 – 27). 18

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Mit Terahertz-Funktechnologien zum 6G-Mobilfunk der Zukunft Terahertz radio technologies for the 6G mobile communications network of the future Die Entwicklung des Mobilfunks der sechsten Generation (6G) setzt in vielen Berei- chen des Netzes auf neue Funktechnologien, die im bisher weitgehend ungenutz- ten Terahertz-(THz-)Frequenzband von 100 GHz bis über 500 GHz funktionieren. Damit sollen Funkzellen, Netzknoten und drahtlose Verbindungen mit sogenann- ten Superbandbreiten realisiert werden, die aggregierte Übertragungsraten bis zu mehreren Terabit pro Sekunde (Tbit/s) erreichen können und so vollkommen neue Anwendungen in unser berufliches wie privates Leben bringen – zum Beispiel die Nutzung von Virtueller Realität und Künstlicher Intelligenz im Alltag. Mit seinen sub-35-nm-InGaAs-HEMT-Technologien auf Silizium- und Galliumarsenid-Substra- ten sowie effizienten Galliumnitrid-Leistungstransistoren gestaltet das Fraunhofer IAF die Forschung und Entwicklung von 6G aktiv mit. The development of many aspects of the sixth-generation (6G) mobile communi- cations network relies on new wireless technology that can function within the — currently largely unused — terahertz (THz) frequency band from 100 GHz to more than 500 GHz. This will be used to help the creation of radio cells, network nodes and “super-bandwidth” wireless connections that can reach aggregated trans- mission rates up to a range of several terabytes per second (Tbit/s), facilitating complete ly new applications in our professional and personal lives, such as making virtual reality and artificial intelligence commonplace. Fraunhofer IAF is playing an active role in shaping the research and development of 6G through its sub 35 nm InGaAs HEMT technologies on silicon and gallium arsenide substrates along with efficient gallium nitride power transistors. Abb. 1: Querschnitt eines auf Siliziumsubstrat gefer­ tigten Thin­Body­InGaAs­ HEMTs mit 20 nm Gate­Fuß­ länge und Rückseiten­Gate Fig. 1: Cross­section of a thin­body InGaAs HEMT produced on silicone sub­ strate with 20 nm gate length and back­gate 1. Metal Gate III / V 20 Field Plate 200 nm BCB Ohmic SiO2

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Energieeffiziente rekonfigurierbare THz-Frontends Motiviert durch die erste klassische THz-Punkt-zu-Punkt-Richt- funkverbindung, die 2012 am Fraunhofer IAF gelang, hat unser Institut mit seinen Forschungs- und Industriepartnern in den letzten Jahren auch maßgeblich die Umsetzung neuer innovativer Systemkonzepte im THz-Bereich vorangetrieben. Mit dem Konzept der virtuellen Glasfaser wurde zum Bei- spiel die dual-polarisierte kohärente Übertragungstechnik im THz-Fronthaul-Bereich mit DSP-freien elektrooptischen Schnittstellen entwickelt. Der erste Prototyp mit integrierter kohärenter Glasfaserschnittstelle konnte 2021 in Kooperation mit dem Fraunhofer HHI erstmals vom Labortisch in eine THz- Außeneinheit transferiert werden (Abb. 2). Zuvor gelang es den Projektpartnern, über eine 500 m lange Freiraumstrecke erstmals drahtlos eine rekordhafte Übertragungsleistung von 100 Gbit/s im THz-Bereich zu realisieren. In den Fokus gerückt ist in den vergangenen zwei Jahren auch die Idee von Pico- zellen-Mobilfunknetzen, die über rekonfigurierbare Punkt-zu- Mehrpunkt-Verbindungen im THz-Bereich drahtlos angebun- den sind. Hierzu haben Forschende des Fraunhofer IAF intensiv an Chipsätzen zur Realisierung von THz-Frontends mit diskret geschalteter Strahlschwenkung und dazu passenden integrier- ten Transceiver-Schaltungen gearbeitet (Abb. 3). Energy-efficient reconfigurable THz front ends Motivated by the first THz point-to-point directional radio connection, which Fraunhofer IAF achieved in 2012, we have made significant progress in implementing new innovative system designs at THz frequencies, in collaboration with our research and industrial partners. For example, as part of the virtual optical fiber concept for the THz fronthaul, the dual- polarized coherent transmission technology with DSP-free electro-otpical interfaces was developed using the concept of virtual fibrer. In collaboration with Fraunhofer HHI, the first prototype with integrated coherent fiber interfaces was successfully transferred from the lab into a THz outdoor unit for the very first time in 2021 (fig. 2). Previously, the project partners succeeded in realizing a wireless transmission of record-like 100 Gbit/s in the THz range for the first time over a 500 m long open space link. In the past two years, the focus expanded to the idea of picocell mobile networks, which are linked wirelessly within the THz area via reconfig ur able point- to-multipoint connections. For this pur pose, Fraunhofer IAF researchers have been working inten sively on chipsets that can be used to create THz frontends with discretely switched beams, and the corresponding integrated transceiver circuits (fig. 3). Abb. 2: Erste autonom arbeitende 300­GHz­Funkeinheit mit integrierter elektrooptischer Glasfaserschnittstelle, die Drahtlos­Übertragungen bis 100 Gbit/s ermöglicht Fig. 2: The first autonomous 300 GHz wireless outdoor unit with integrated electro-optical fiber interface that enables wireless transmission up to 100 Gbit/s 22

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 MOCVD-Aluminiumscandium- nitrid für nachhaltige Elektronik MOCVD aluminum scandium nitride for sustainable electronics Hochfrequenz- und Hochleistungstransistoren werden für industrielle Anwendun- gen wie Datenübertragung, Satellitenkommunikation sowie für Radarsysteme oder autonomes Fahren benötigt. Die hohe Ladungsträgerdichte, die mit dem Material- system Aluminiumscandiumnitrid (AlScN) erreicht werden kann, verspricht eine Steigerung der Effizienz und Nachhaltigkeit im Vergleich zu bereits existierender Elektronik. Die erstmals am Fraunhofer IAF realisierte Herstellung von AlScN mit- tels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOCVD) erreicht eine für industrielle Anwendungen gleichermaßen benötigte Qualität wie kosteneffiziente Produktivi- tät. AlScN/GaN-basierte Transistoren mit einer hohen Steilheit von knapp 500 mS/ mm sowie einer Stromdichte von über 1700 mA/mm wurden bereits demonstriert. High-frequency and high-power transistors are required for industrial applications such as data transmission, satellite communication, radar systems and autono mous driving. The high charge carrier density that can be achieved using an aluminum scandium nitride (AlScN) material system promises to increase efficiency and sus- tainability compared to electronics that currently exist. The production of AlScN by means of metalorganic chemical vapour deposition (MOCVD), which was achiev ed for the first time at Fraunhofer IAF, provides both the level of quality needed for industrial applications and cost-efficient productivity. AlScN/GaN-based transis- tors with a high conductance of nearly 500 mS/mm and a current density of over 1700 mA/mm have already been demonstrated. » Isabel Streicher (Epitaxie Nitride) (nitride epitaxy) Sebastian Krause (Mikroelektronik Schaltungen) (microelectronics circuitry) 24 Integriert in Hochfrequenztransistorstruk- turen übertrifft das Materialsystem AlScN den physikalischen Leistungshorizont bisher verwendeter Materialien hinsichtlich Band- breite und erzielbarer Leistung.« “When integrated into high-frequency transistor structures, the AlScN material system exceeds the physical performance range of materials used until now in terms of bandwidth and achievable power.”

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Breitbandigere Leistungsverstärker mit AlScN/GaN-HEMTs Anwendungen in der Mess- und Kommunikationstechnik ver- langen nach breitbandigen Leistungsverstärkern mit möglichst hoher Leistung. Etablierte GaN-Technologien ermöglichen bereits das Erreichen sehr hoher Leistungen (> 100 W) mit einem einzelnen Chip. In der Regel ist dies aufgrund techno- logischer Parameter aber nur über einen stark begrenzten Frequenzbereich möglich. Auch die Parallelschaltung mehre- rer Chips zur Leistungserhöhung erweist sich aufgrund der begrenzten Bandbreite sowie der zusätzlichen Verluste exter- ner Leistungsteiler als wenig praktikabel. Das Ziel ist daher, die Bandbreite bei gleichbleibend hoher Leistungsfähigkeit pro Bauelement zu erhöhen. Erreicht werden kann dies durch den Einsatz von AlScN. Perspektivisch sind damit Verstärker mög- lich, die bei gleicher Leistung eine drei- bis fünffach größere Bandbreite abdecken als GaN-Verstärker. 2021 konnte die AlScN-Technolgie des Fraunhofer IAF im Inno- vationswettbewerb »Elektronik für energiesparsame Informa- tions- und Kommunikationstechnik« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) überzeugen. Mit dem Preis (siehe Abb. 3) geht die Förderung für das Projekt »EdgeLimit – Green ICT« einher. Darin werden in Kooperation mit Partnern aus Forschung und Industrie AlScN/GaN-HEMTs für Anwen- dungen um 28 GHz im Ka-Band entwickelt. Diese Transistoren bilden die Grundlage für die Entwicklung hocheffizienter und linearer Doherty Verstärker, die im Verbund mit Nokia und Deutscher Telekom in Phased-Array-Basisstationen für den 5G/6G-Mobilfunk integriert werden. Die gesteigerte Effizienz der AlScN/GaN-Technologie ermöglicht sowohl eine Reduktion des ökologischen Fußabdrucks als auch eine Verringerung der Betriebskosten. Amplifiers with greater bandwidth using AlScN/GaN HEMTs Applications in measurement and communication technology require broadband power amplifiers with the highest possible power. Established GaN technologies already allow very high power levels (> 100 W) to be achieved with a single chip. However, due to technological parameters, this is usually only possible over a very limited frequency range. The parallel connection of several chips to increase power also proves to be less practical due to the limited bandwidth as well as the additional losses of external power combiner. The goal, therefore, is to increase the bandwidth while maintaining high performance per device. This can be achieved by using AlScN. In the future, this will make it possible to produce amplifiers that cover three to five times the bandwidth of GaN amplifiers with the same power. In 2021, the AlScN technology of Fraunhofer IAF was able to convince in the innovation competition “Electronics for energy-saving information and communication technology” of the Federal Ministry of Education and Research (BMBF). The award (see fig. 3) is accompanied by funding for the project “EdgeLimit — Green ICT”. In this project, AlScN/GaN HEMTs are being developed for applications around 28 GHz in the Ka band in cooperation with partners from research and industry. These transistors form the basis for the development of highly efficient and linear Doherty amplifiers, which will be integrated into phased array base stations for 5G/6G mobile communications in collaboration with Nokia and Deutsche Telekom. The increased efficiency of the AlScN/GaN techn- ology enables both a reduction in the environmental footprint and a reduction in operating costs. Abb. 3: Das Fraunhofer IAF gewinnt im Innovations­ wettbewerb »Elektronik für energiesparsame Informations­ und Kommunikationstechnik« des BMBF durch seine disruptiven Ansätze für energie­ effizien tere Mobilfunkantennensysteme basierend auf AlScN/GaN-HEMTs. Fig. 3: Fraunhofer IAF wins in the innovation competition “electronics for energy-efficient information and communications technology” of the BMBF with its disruptive approaches for more energy-efficient mobile antenna systems based on AlScN/GaN HEMTs. 26

Niedervoltleistungselektronik für eine emissionsfreie Zukunft Low-voltage power electronics for an emission-free future Um in eine emissionsfreie Zukunft durchzustarten, müssen vielversprechende Lösungen aus der Wissenschaft schnellstmöglich in die breite Anwendung gelan- gen. Viele Forschungsergebnisse schaffen das wegen hoher Komplexität und Kosten allerdings nie. Galliumnitrid-(GaN-)Leistungselektronik hingegen hat es durch verbesserte Performance in Energiewandlern und gleichzeitig kostengüns- tige Herstellung auf Silizium-(Si-)Substrat in kürzester Zeit in Massenprodukte geschafft. Diese erste Generation GaN-Leistungselektronik macht heute z. B. Ladegeräte für Smartphones, Laptops und Elektroautos effizienter, kompakter und günstiger. Das Fraunhofer IAF erforscht bereits zukunftsweisende Ansätze für die nächste Generation GaN-Leistungselektronik: Einerseits forschen wir an neuen Halbleitermaterialien und monolithischem Schaltungsdesign zur Steigerung der Effizienz, Funktionalität und Kompaktheit, andererseits an anwendungsna- hen Demonstratoren für neue Anwendungen wie emissionsfreie elektrokalorische Wärmepumpen. If we are to make a breakthrough into an emission-free future, promising solu- tions from the scientific community must be put into widespread use as quickly as possible. Unfortunately, many research results achieve this due to high complexity and costs. Gallium nitride (GaN) power electronics, however, have made it into mass products in a very short time thanks to improved performance in energy converters and simultaneously low-cost production on silicon substrates. This first generation of GaN power electronics is making, for example, chargers for smart- phones, laptops and electric cars more efficient, more compact and cheaper. Fraunhofer IAF is already researching forward-looking approaches for the next generation of GaN power electronics: On the one hand, we are researching new semiconductor materials and monolithic circuit design to increase efficiency, func- tionality and compactness, and on the other hand, we are working on application- oriented demonstrators for new applications such as emission-free electrocaloric heat pumps. Fraunhofer IAF 2021 / 2022 28

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 = = 𝜂𝜂!" Anwendungsabhängig werden auf Step-graded- oder Super- lattice-GaN-Epitaxie auf Si-Substrat selbstsperrende und selbstleitende Transistoren sowie Dioden hergestellt. Optimal dimensionierte Kamm- und Matrixlayouts ermöglichen flächen- effiziente Nieder- und Hochvoltstrukturen von 48 V bis über 600 V. Zusammen mit integrierten passiven Bauelementen wie Spulen, Kapazitäten und Verdrahtungsebenen werden damit analoge, digitale und mixed-signal Schaltungen realisiert. Gleichermaßen können Temperatur-, Strom- und Spannungs- sensoren integriert und zu geschlossenen Regelschleifen ver- schaltet werden. Zusammen mit Gate-Treibern und integrierten Leistungswandler-Topologien ergeben sich hoch-kompakte und multifunktionale Leistungsschaltungen in einem Chip. Halbbrücken, 3-phasige Motorinverter (Abb. 1), aktive Brü- ckengleichrichter und Point-of-Load-Wandler sind beispielhaft realisierte Schaltungen. Obwohl die GaN-Technologie damit bereits viele Schaltungsteile effizient und mit geringem Platz- bedarf realisieren kann, gibt es immer noch Schaltungen wie z. B. programmierbare Controller, die weiterhin am besten in Si-CMOS realisiert werden. Um das Beste beider Technologien zu kombinieren, wurde am Fraunhofer IAF an der Hetero-Inte- gration von GaN und Si-CMOS geforscht, z. B. am Mikro-Trans- ferdruck von angepassten GaN-Chiplets auf Si-CMOS-ICs. In einem aktuellen Forschungsprojekt wird ein GaN-basierter Hochspannungstreiber zur Ansteuerung von Ringresonatoren erforscht, der für die digitale Holographie in hochpräzisen Koordinatenmessgeräten eingesetzt wird. Depending on the application, normally-off and normally-on transistors as well as diodes are produced on step-graded or superlattice GaN epitaxy on Si substrate. Optimally dimen- sioned comb and matrix layouts enable area-efficient low- and high-voltage structures from 48 V to over 600 V. To - gether with integrated passive components such as inductors, capacitors and interconnection layers, analog, digital and mixed-signal circuits can be realized. Similarly, temperature, current and voltage sensors can be integrated and connected to form closed-loop controls. Together with gate drivers and integrated power converter topologies, this results in highly compact and multifunctional power circuits in one chip. Half- bridges, 3-phase motor inverters (fig. 1), active bridge rectifiers and point-of-load converters are examples of realized circuits. Although GaN technology can thus already realize many circuit parts efficiently and with a small footprint, there are still cir- cuits such as programmable controllers that are best realized in Si-CMOS. To combine the best of both technologies, research has been conducted at Fraunhofer IAF on hetero-integration of GaN and Si-CMOS, e.g., micro-transfer printing of customized GaN chiplets onto Si-CMOS ICs. In a current research project, a GaN-based high-voltage driver for driving ring resonators is being researched for digital holography in high-precision coordinate measuring machines. 30

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Kann Satellitentechnik souverän und nachhaltig sein? Can satellite technology be sovereign and sustainable? Die Satelliten- und Raumfahrtbranche befindet sich gerade im Umbruch. Unter der Bezeichnung »New Space« krempeln private Akteure den Markt um. Im Interview sprechen Jens Freese, Leiter »Active RF Development« bei TESAT, und Christian Friesicke, Gruppenleiter Schaltungen am Fraunhofer IAF, über aktuelle Veränderungen in der Branche, eine unab- hängige europäische Elektronik und den Energiever- brauch im Satelliten. The satellite and space industry is currently under transformation. Under the term “New Space,” private players are turning the market upside down. In this interview Jens Freese, Head of “Active RF Develop- ment” at TESAT, and Christian Friesicke, Group Leader Circuits at Fraunhofer IAF, discuss current changes in the industry, independent European electronics and energy consumption in satellites. Wie erleben Sie derzeit die Raumfahrtbranche? How are you currently experiencing the space industry? Freese — Wir erleben den Umbruch sowohl bei uns als auch bei unseren Kunden und Endkunden, den Satellitenbauern und -betreibern. Das Thema New Space ist dabei ein wichtiger Faktor, aber auch die neuen Akteure auf dem Markt führen zu spürbaren Veränderungen. Da die Launch-Kosten deut- lich gesunken sind, setzen sich Missionskosten künftig anders zusammen und Satelliten müssen nicht zwangsläufig mög- lichst leicht und langlebig sein. Weiterhin sind neue Betriebs- konzepte sowie unterschiedliche Satellitenkonstellationen und -systeme im Gespräch. Ein anderer Faktor ist das veränderte Nutzerverhalten. Viele Menschen schauen beispielsweise nicht mehr um Punkt 20 Uhr die Tagessschau, sondern nutzen Video-on-Demand. Das ist ein neuer und schwieriger Aspekt für klassische Broadcasting-Dienstbetreiber in Europa. Deren Satellitenflotten sind aktuell aktiv und gut ausgelastet, aber es ist schwer vorherzusehen, wie sich dieses Geschäft entwickeln wird. Friesicke — Diese Veränderungen bekommen wir auch mit. In den Calls geht es oft um kleinere Satelliten und kürzere Missionslaufzeiten. Außerdem haben wir vermehrt interna- tionale Anfragen auch außerhalb von Europa. Wir sind kein industrieller Anbieter und trotzdem gibt es Unternehmen, die eine Technologie evaluieren wollen, die noch nicht industriell nachgewiesen ist. Das hat sicher mit New Space zu tun. 32 Freese — We are experiencing changes both for ourselves and for our customers and end users, the satellite builders and operators. New Space is an important factor in this, but the new players in the market are also leading to noticeable changes. As launch costs have dropped significantly, mission costs will be composed differently in the future and satellites do not necessarily have to be as light and durable as possible. Furthermore, new operational concepts and different satellite constellations and systems are being discussed. Another factor is changing user behavior. For example, many people no longer watch the daytime news at 8 p.m. sharp, but use video-on- demand. This is a new and difficult aspect for traditional broadcasting service operators in Europe. Their satellite fleets are currently active and well utilized, but it is difficult to predict how this business will develop. Friesicke — We are also noticing these changes. The calls are often about smaller satellites and shorter mission durations. We also have an increasing number of international inquiries outside Europe. We are not an industrial supplier, and yet there are companies that want to evaluate a technology that has not yet been industrially proven. That certainly has to do with New Space.

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Freese — Absolut! Man darf sich nicht der Illusion hingeben: »Die Märkte regeln das«, denn die Märkte machen genau das, was du eben beschrieben hast. Es wird weiter optimiert, immer weiter regional fokussiert und dann verschwindet die Techno- logie aus anderen Regionen. Das wird sehr effizient, aber leider auch sehr instabil. Eine Unabhängigkeit kostet eben etwas und ich glaube, andere Nationen in Europa sind bereit, das Geld zu investieren. In Deutschland ist man teilweise noch nicht so weit. Souveränität ist strategisch und Entscheidungen können daher nicht ausschließlich nach wirtschaftlichen Gesichtspunk- ten getroffen werden. Zudem haben wir die Fähigkeiten und Technologien, um in den Märkten mitzuspielen. Für eine unab- hängige Herstellung braucht es außerdem eine kontinuierlich laufende Serienproduktion, um reproduzierbar gute Techno- logien und Spitzenergebnisse zu erzielen. Was sind die größten Energiefresser bei der Satellitentechnik? Freese — Eine hohe Energieeffizienz im Satelliten ist das zentrale Thema. Die Energie muss aufwendig mit Solar- generatoren erzeugt werden und die Abwärme kann durch die fehlende Atmosphäre nicht einfach abgeführt werden. Sendeverstärker sind die größten Power Consumer und bei den flexiblen Satellitennutzlasten verbraucht auch die Digital- elek tronik viel Energie. Der Trend zu schnelleren Datenverbin- dungen und höheren Datenraten ist natürlich prinzipbedingt mit einem höheren Energieverbrauch verbunden. Friesicke — Es gibt Bodenstationen, bei denen Dauerbetrieb mit Sendeleistung bis in den Kilowattbereich herrscht. Mit effi- zienten Verstärkern könnte man da viel einsparen. Hier stehen Halbleiter in Konkurrenz zur Wanderfeldröhre. Die Röhre ist schon sehr effizient, aber die Tatsache, dass Halbleiterverstär- ker viel leichter auszutauschen sind, wenn einer ausfällt, ist in Bezug auf Nachhaltigkeit von Vorteil. Freese — Ja, genau. Energie ist immer noch verhältnismäßig billig und wir spüren kaum, dass sie limitiert ist. Das wird sich in Zukunft sicher ändern. Wir bei TESAT lassen nicht das Bil- ligste, sondern das Effizienteste fliegen, weil es dann über die gesamte Mission doch das günstigste Produkt ist. Noch ist es tatsächlich so, dass die Wanderfeldröhre bei hohen Frequenzen und Leistungen dem Halbleiterverstärker überlegen ist. Diese Gewichtung verschiebt sich gerade und durch die Umbrüche im Markt werden andere Sichtweisen entwickelt. Ob das dann die nachhaltigeren Optionen sind, wird sich zeigen. Freese — Absolutely! One must not succumb to the illusion that “the markets will take care of it,” because the markets do exactly what you have just described. There is further optimiza- tion, more and more regional focus, and then the technology disappears from other regions. That becomes very efficient, but unfortunately also very unstable. Independence comes at a cost and I think other nations in Europe are willing to invest the money. In Germany, some are not yet ready. Sovereignty is strategic, so decisions cannot be made solely on economic grounds. In addition, we have the skills and technologies to take part in the markets. Independent manufacturing also requires continuous series production to achieve reproducible good technologies and top results. What are the biggest energy guzzlers in satellite technology? Freese — High energy efficiency in satellites is the central issue. The energy has to be generated expensively with solar generators and the waste heat cannot simply be dissipated due to the lack of atmosphere. Transmit amplifiers are the biggest power consumers, and with flexible satellite payloads, digital electronics also consume a lot of energy. The trend toward faster data links and higher data rates, is of course, associated in principle with higher energy consumption. Friesicke — There are ground stations with non-stop opera- tion with transmitting power up to the kilowatt range. Efficient amplifiers could save a lot of energy. Here, semiconductors compete with traveling-wave tubes. The tube is already very efficient, but the fact that semiconductor amplifiers are much easier to replace, if one fails, is an advantage in terms of sustainability. Freese — Correct. Energy is still relatively cheap and we hardly feel that it is limited. That will certainly change in the future. At TESAT, we do not use the cheapest product, but the most efficient one, because it is the most cost-effective product over the entire mission. It is still true that the traveling-wave tube is superior to the semiconductor amplifier at high frequencies and high power levels. This weighting is just shifting and other views are being developed due to the upheavals in the market. Time will tell which technology will be the more sustainable option in the future. 34

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Schlüsselfaktor Mikroelektronik für technologische Souveränität Key factor microelectronics for technological sovereignty Eine Führungsrolle im Bereich Halbleitertechnologien bis 2030, Unabhängigkeit von anderen Wirtschafts- räumen, Versorgungssicherheit und Resilienz – diese Ziele verfolgt der »European Chips Act«, den die Europäische Kommission im Februar 2022 vorgestellt hat und für den eine Fördersumme von 43 Milliarden Euro veranschlagt ist. Es ist eine große Aufgabe für die europäische Wissenschaft und Wirtschaft und gleichzeitig eine große Chance für Akteure wie das Fraunhofer IAF, um ihre Stärken in der Forschung und im Technologietransfer einzubringen. Mit seiner Expertise und Infrastruktur im Bereich der III/V-Halb- leiter und Quantentechnologien unterstützt das Fraunhofer IAF den Ausbau europäischer Liefer - ketten in mehreren Initiativen und Projekten. A leading role in semiconductor technologies by 2030, independence from other economic areas, security of supply and resilience — these are the goals of the “European Chips Act” presented by the Euro - pean Commission in February 2022, for which funding of 43 billion euros has been budgeted. It is a major task for European science and industry and at the same time a great opportunity for actors like Fraunhofer IAF to contribute their strengths in research and technology transfer. With its expertise and infra structure in the field of III-V semiconductors and quantum technologies, Fraunhofer IAF supports the expansion of European supply chains in several initiatives and projects. Das Fraunhofer IAF forscht an neuen Technologien, die Europa Chancen bieten, eine souveräne Position in der globalen Wertschöpfung zu sichern. Fraunhofer IAF is researching new tech­ nologies that offer Europe opportunities to secure a sovereign position in global value creation. 36

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Hochfrequenzelektronik des Fraunhofer IAF im Orbit 2021 fieberten die Forschenden am Fraunhofer IAF dem Start der Falcon-9-Rakete von Cape Canaveral entgegen: An Bord hatte sie den Nanosatelliten »W-Cube« der ESA mit einem Sendermodul des Fraunhofer IAF. Nach dem erfolgreichen Start war die Erleichterung groß und die Freude noch größer als der Satellit ein paar Wochen später erstmals erfolgreich Testsignale im Frequenzbereich des Q- und W-Bands sendete. Auch im Nanosatelliten »TROPICS« der NASA umkreist Hoch- frequenzelektronik des Fraunhofer IAF die Erde. Die effizienten und rauscharmen Schaltungen des Freiburger Instituts sind entscheidende Schlüsselkomponenten für eine nachhaltige Erdbeobachtung. Weitere Informationen zu unseren Satelliten- projekten finden Sie auf S. 44 – 47. High-frequency electronics of Fraunhofer IAF in orbit In 2021, researchers at Fraunhofer IAF were eagerly awaiting the launch of the Falcon 9 rocket from Cape Canaveral: On board it carried the nanosatellite “W-Cube” of ESA with a transmitter module of Fraunhofer IAF. The relief was great after the successful launch and the joy even greater when the satellite successfully transmitted test signals in the frequency range of the Q and W bands for the first time a few weeks later. High-frequency electronics from Fraunhofer IAF also orbit the earth in NASA‘s “TROPICS” nanosatellite. The efficient and low-noise circuits of the Freiburg institute are crucial key com- ponents for sustainable Earth observation. For more informati- on on our satellite projects and our high-frequency electronics for space applications, see p. 44 – 47. Nachhaltige Ansätze dank Quantencomputing Das Quantencomputing bietet verschiedene Vorteile, die in vielen Bereichen Nachhaltigkeit fördern können – sei es durch kürzere Rechenoperationen, die weniger Ressourcen fordern als herkömmliche und im Vergleich deutlich langsamere Hoch- leistungsrechensysteme, oder durch die Simulation komplexer Systeme, die ohne Quantenbits nicht möglich wären. Das Fraunhofer IAF setzt seine breiten Expertisen im Bereich der Nanoelektronik und des synthetischen Diamants ein, um die dritte Generation der Quantensysteme aktiv mitzugestalten. Einen Einblick erhalten Sie auf Seite 52 – 53. Darüber hinaus haben wir unser Portfolio um Software- und Simulationsarbei- ten im Bereich des Quantencomputings erweitert, mehr dazu auf Seite 69. Sustainable approaches thanks to quantum computing Quantum computing offers various advantages that can promote sustainability in many areas — be it through shorter computing operations that require fewer resources than con- ventional and comparatively much slower high-performance computing systems, or through the simulation of complex systems that would not be possible without quantum bits. Fraunhofer IAF applies its broad expertise in nanoelectronics and synthetic diamond to actively shape the third generation of quantum systems. You can get an insight on page 52 – 53. Furthermore, we have extended our portfolio with software and simulation work in the field of quantum computing, more on page 69. 38

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 40 IC- und optische Technologien europäischen Ursprungs IC and optical technologies of European origin Der Halbleitermangel bremst seit Monaten die produzierenden Industrien aus. Zusätzlich zur rasant gestiegenen Nachfrage an Chips verschärfen Export beschränkungen die angespannte Situation auf dem Halbleitermarkt. Die Euro päische Union fördert daher souveräne Halbleitertechnologien, damit diese Schlüsseltechnologien für die Realisierung von energieeffizienter Leistungs- elektronik und von Telekommunikationssystemen europäischen Ursprungs ver- fügbar und unabhängig bleiben. Seinem Selbstverständnis gemäß unterstützt das Fraunhofer IAF mit seiner exzellenten Forschung und umfassenden, die gesamte Halbleiter-Wertschöpfungskette abdeckenden Infrastruktur den Ausbau einer europäischen Lieferkette. The semiconductor shortage has been slowing down manufacturing industries for months. In addition to the rapidly increasing demand for chips, export restrictions further aggravate the tense situation on the semiconductor market. Therefore, the European Union is promoting sovereign semiconductor techno- logies in order to keep this key technology available and independent for the realization of energy-efficient power electronics and telecommunication systems of European origin. In line with its identity, Fraunhofer IAF supports the develop- ment of a European supply chain with its excellent research and comprehensive infrastructure covering the entire semiconductor value chain. Das Fraunhofer IAF arbeitet eng mit europäischen Schlüssel­Partnern aus der Halbleiterindustrie zusammen und beteiligt sich aktiv an der Erschlie­ ßung europäischer Halbleiter­Lieferketten. Fraunhofer IAF works closely with European key partners from the semiconductor industry and actively participates in the development of Euro­ pean semiconductor supply chains.

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Die maßgeschneiderte Hochvolt-GaN-auf-Si-Technologie für Leistungs-ICs des Fraunhofer IAF bietet neue Möglichkeiten für zahlreiche Anwendungen; unter anderem in Mobilität, Industrie 4.0 und IT. The customized high-voltage GaN-on-Si technology for power ICs from Fraunhofer IAF offers new possibilities for numerous applications in fields; such as mobility, Industry 4.0 and IT. 42

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 44 Hochfrequenzelektronik für nachhaltige Erdbeobachtung High-frequency electronics for sustainable Earth observation Globale Satellitensysteme sollen zukünftig den weltweiten Zugang zu Highspeed- Internet ermöglichen und sind zentraler Bestandteil von Erdbeobachtungssyste- men zur hochpräzisen Wettervorhersage sowie Klimaforschung. Effiziente und rauscharme Hochfrequenzschaltkreise sind dabei entscheidende Schlüsselkom- ponenten für die Realisierung von neuartigen satellitenbasierten Kommunika- tionssystemen und Mikrowellenradiometern. Diese Schaltungen ermöglichen die Übertragung großer Datenmengen in Satellitenstrecken und hochgenaue Messungen der Atmosphäre zur Beobachtung von Wetterphänomenen. Mit hohen Bandbreiten und ultra-niedrigen Rauschtemperaturen ermöglichen die am Fraunhofer IAF entwickelten extrem schnellen Transistortechnologien die Erschließung neuer Frequenzbänder im Millimeterwellen-Frequenzbereich sowie die Erforschung innovativer Satellitensysteme in Europa. Global satellite systems will provide worldwide access to high-speed Internet in the future and are a central component of earth observation systems for high- precision weather forecasting and climate research. Efficient and low-noise high- frequency circuits are key components for the realization of novel satellite-based communication systems and microwave radiometers. These circuits enable the transmission of large amounts of data in satellite links and highly accurate meas- ure ments of the atmosphere for the observation of weather phenomena. With high bandwidths and ultra-low noise temperatures, the extremely fast transistor technologies developed at Fraunhofer IAF enable the investigation of new fre- quency bands in the millimeter-wave frequency range as well as the exploration of innovative satellite systems in Europe. Der CubeSat umkreist seit August 2021 die Erde zur Untersuchung der atmosphärischen Kanalausbreitung im W­Band. Der komplet­ te 10 x 10 x 40 cm³ große CubeSat­Satellite (rechts) wurde im Verbundprojekt »ARTES« entwickelt und gebaut. The CubeSat has been orbiting the Earth since August 2021 to study atmospheric channel propagation in the W band. The complete 10 x 10 x 40 cm³ CubeSat satellite (right) was developed and built in the joint project ”ARTES.“

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Satellitenkommunikation mit hohen Bandbreiten Als wichtiger Schritt für zukünftige satellitengestützte Kom- munikationssysteme mit hohen Bandbreiten konnte der im Verbundprojekt »W-Cube« entwickelte CubeSat im Jahr 2021 erfolgreich in Betrieb genommen werden. Seit August 2021 umkreist der Nanosatellit die Erde und sendet Testsignale um 75 GHz aus einem erdnahen Orbit. Durch die Vermessung dieser bisher ungenutzten Frequenzbereiche kann die atmo- sphärische Kanalausbreitung im W-Band bei unterschiedlichen Wetterlagen erstmals modelliert sowie für zukünftige Satelli- tensysteme erschlossen und erforscht werden. Dabei bilden die benötigten Hochfrequenzschaltkreise eine wichtige Schlüssel- komponente für hochgenaue Messungen zwischen dem Satel- liten und der Erde. Auf Basis der jahrzehntelangen Expertise in der Entwicklung von Hochfrequenztechnologien und Aufbau- technik wurde die hier eingesetzte Elektronik für den Satelliten sowie die Bodenstation am Fraunhofer IAF entwickelt. Wäh- rend die neuen Kanalmessungen wichtige Erkenntnisse für die Auslegung zukünftiger Satellitenstrecken liefern, werden die Hochfrequenzkomponenten für diese Systeme schon heute am Fraunhofer IAF erforscht. In aktuellen Verbundprojekten wie »EIVE« und »UN:IO« entwickeln wir Hochfrequenzkomponen- ten sowie Konzepte als Zukunftstechnologien für europäische satellitengestützte Kommunikationssysteme. Rauscharme Verstärker für Mikrowellenradiometer Hochempfindliche Verstärker mit niedriger Rauschzahl sind auch eine entscheidende Kernkomponente in der Empfän- gerkette von Mikrowellenradiometern und ermöglichen die Minimierung der Rauschtemperatur des Gesamtsystems. Daher werden unsere Verstärker wie schon in den Wettersatelliten der Serie »MetOp-SG« auch in dem neuen »Arctic Weather Satellite«-System der Europäischen Weltraumorganisation ESA eingesetzt. Die Verstärkermodule für die Frequenzbänder um 54, 89 und 183 GHz befinden sich aktuell in der Entwicklung und sollen im Laufe des Jahres 2022 geliefert werden. Um zukünftig auch die für Mikrowellenradiometer relevanten Sub- millimeterwellen-Frequenzen über 300 GHz mit rauscharmen Verstärkern bedienen zu können, wird im Auftrag der ESA seit 2021 die Umsetzung solcher Verstärker für die Frequenzbänder um 325, 448 sowie 664 GHz untersucht. Der hohe Stellenwert der am Fraunhofer IAF entwickelten Transistoren als Zukunfts- technologie für satellitengestützte Erdbeobachtungssysteme ist dabei über die europäischen Grenzen hinweg sichtbar. Eingesetzt von VDI in den für die NASA entwickelten »TROP- ICS«-CubeSat, ermöglichen unsere rauscharmen Verstärker- schaltungen bei 205 GHz seit Mitte 2021 die Beobachtung von Hurrikans und Taifunen. Dr. Laurenz John Projektleiter am Fraunhofer IAF Project Manager at Fraunhofer IAF 46 Satellite communication with high bandwidths As an important step for future satellite-based communication systems with high bandwidths, the CubeSat developed in the joint project “W-Cube” was successfully put into operation in 2021. Since August 2021, the nanosatellite has been orbiting the Earth and transmitting test signals around 75 GHz from a low-Earth orbit. By measuring these previously unused frequency ranges, atmospheric channel propagation in the W band under different weather conditions can be modeled for the first time, as well as accessed and researched for future satellite systems. The required high-frequency circuits are an important key component for high-precision measurements between the satellite and the Earth. Based on decades of expertise in the development of high-frequency technologies and assembly techniques, the electronics used for the satellite as well as the ground station were developed at Fraunhofer IAF. While the new channel measurements provide impor- tant insights for the design of future satellite links, the radio frequency components for these systems are already being researched at Fraunhofer IAF. In current joint projects such as “EIVE” and “UN:IO,” we develop high frequency components as well as concepts as future technologies for European satel- lite-based communication systems. Low-noise amplifiers for microwave radiometers Highly sensitive amplifiers with a low noise figure are a crucial core element in the receiver chain of microwave radiometers and enable the noise temperature of the overall system to be minimized. For this reason, our amplifiers are also used in the new “Arctic Weather Satellite” system of the European Space Agency (ESA), as well as in the weather satellites of the “MetOp-SG” series. The amplifier modules for the frequen- cy bands around 54, 89 and 183 GHz are currently under development and are scheduled for delivery in the course of 2022. In order to be able to serve the submillimeter wave frequencies above 300 GHz, which are relevant for microwave radiometers, with low-noise amplifiers in the future, the imple- mentation of such amplifiers for the frequency bands around 325, 448 and 664 GHz has been under study on behalf of ESA since 2021. The high significance of the transistors developed at Fraunhofer IAF as a future technology for satellite-based earth observation systems is visible beyond the European borders. Used by VDI in the “TROPICS” CubeSat developed for NASA, our low-noise amplifier circuits at 205 GHz have enabled the observation of hurricanes and typhoons since mid-2021. Eingesetzt von VDI in den für die NASA entwickelten »TROPICS«- CubeSat­Satelliten, ermöglichen unsere rauscharmen Verstärker­ schaltungen bei 205 GHz seit Mitte 2021 die Beobachtung von Hurrikans und Taifunen. Used by VDI in the “TROPICS” CubeSat satellites developed for NASA, our low-noise amplifier circuits at 205 GHz have enabled observation of hurricanes and typhoons since mid­2021.

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Radar sorgt für Sicherheit in der Mensch-Roboter-Kollaboration Radar ensures safety in human-robot collaboration Ob im Rahmen des demografischen Wandels länger ein selbstbestimmtes Leben zu führen oder zur körperlichen Entlastung am Arbeitsplatz, der Einsatz von Robo- tern wird sowohl im industriellen Umfeld als auch im Pflege- und Medizinbereich in den nächsten Jahren stark zunehmen. Dabei muss die Personensicherheit stets im Vordergrund stehen. Abgesehen von der Leichtbaurobotik ist bislang keine Technologie verfügbar, welche die Kollaborationsräume zwischen Mensch und Roboter bei hohen Ausführungsgeschwindigkeiten und Nutzlasten sicher über- wachen kann. Die hochsensible und zuverlässige Radarsensorik des Fraunhofer IAF ist aufgrund ihrer Eigenschaften ein idealer Kandidat, diese Lücke in Zukunft zu schließen, und trägt somit zur Erforschung einer effizienten Mensch-Roboter- Kollaboration bei. Whether leading a longer self-determined life in the light of demographic change or for physical relief at the workplace; the use of robots will increase strongly in the next few years both in the industrial environment as well as in the servicing and medical sector. In this context, personal safety must always be paramount. Apart from lightweight robotics, no technology is yet available that can safely monitor the collaboration spaces between humans and robots at high execu- tion speeds and payloads. Due to its properties, the highly sensitive and relia- ble radar sensor technology of Fraunhofer IAF is an ideal candidate to close this gap in the future and thus contributes to the research of efficient human-robot collaboration. Abb. 1: Das Fraunhofer IAF entwickelt Radartechnologie, die Mensch­Roboter­Kollabo­ ration auch bei hohen Ausfüh­ rungsgeschwindigkeiten und Nutzlasten ermöglichen kann. Fig. 1: Fraunhofer IAF develops radar technology that can make human­robot collaboration possible even at high execution speeds and payloads. 48

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Abb. 2: Im Rahmen des Projekts »RoKoRa« entwickelter Radar­Sensorring in einer Demonstrationsanwendung am Roboter. Der Demonstrator ist in der Lage, dyna­ misch und erwartungskonform bei der Montage einer Bremsscheibe mit dem Menschen zu kollaborieren. Fig. 2: Radar sensor ring developed as part of the “RoKoRa” project in a demonstration application on a robot. The demonstrator is able to collaborate dynamically and in line with expectations with humans during the assembly of a brake disc. As part of the research project “RoKoRa,” a radar system in the frequency range around 77 GHz was developed with the participation of Fraunhofer IAF, which successfully demon- strates an application in industrial heavy-duty robotics. Several radar sensors on the arm of the robot monitor its environ- ment in 360° (see Fig. 2). Distance monitoring determines the current maximum permissible speed for the robot so that it can still stop in an emergency in order to avoid a collision with people or obstacles. Since the radar sensors can detect not only the torso of a human, but also individual body parts such as arms, hands or even fingers, close spatial coopera- tion is possible. The dynamic speed control enables efficient collaboration. 50

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Zukunftstechnologie Quantencomputing Future technology quantum computing Enabling-Technologien für Quantensysteme Das Fraunhofer IAF erforscht und entwickelt Halbleiterbau- elemente und elektronische Komponenten zur Ansteuerung und Manipulation von Farbzentren in Diamant, die als Qubits für das Quantencomputing eingesetzt werden. Wir untersu- chen, wie man mit Stickstoff-Vakanz-Zentren (NV-Zentren) in Diamant einzelne Qubits realisieren, stabilisieren, manipulieren und diese zu einem größeren Quantenregister verschränken kann, um Quanten-Gate-Operationen durchführen zu können. Darüber hinaus forschen wir im Bereich des Quantum Soft- ware Engineering sowie hybrider Quantenanwendungen sowie -algorithmen und leiten gemeinsam mit dem Fraunhofer IAO das Kompetentzzentrum »Quantencomputing Baden-Würt- temberg«. 2021 sind zahlreiche EU- sowie BMBF-Projekte gestartet und bestehende Projekte erfolgreich fortgeführt worden. Einen Überblick erhalten Sie auf S. 53. Enabling technologies for quantum systems Fraunhofer IAF researches and develops semiconductor devices and electronic components to drive and manipulate color cen- ters in diamond, which are used as qubits for quantum compu- ting. We are investigating how nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond can be used to realize, stabilize, manipulate, and entangle individual qubits into a larger quantum register to perform quantum gate operations. We also conduct research in quantum software engineering and hybrid quantum applications as well as algorithms and, together with Fraunhofer IAO, lead the Competence Center “Quantum Computing Baden-Württemberg.” In 2021, numerous EU as well as BMBF projects have started and existing projects were successfully pursued. You can find an overview on p. 53. Nachhaltiger Betrieb und techno logische Souveränität durch Diamant Heutige Quantencomputer der zweiten Generation haben schon das Potenzial durch extrem kurze Rechenzeiten Res- sourcen einzusparen, obwohl ihr Betrieb sehr aufwändig ist. Um die für Rechenoperationen benötigte Quantenkohärenz erreichen und aufrecht erhalten zu können, enthalten die Geräte kryogene Kühlsysteme, die Qubits auf bis zu -273 °C herunterkühlen. Der vom Fraunhofer IAF erforschte Ansatz, mithilfe der NV-Zentren in Diamant skalierbare Qubits zu reali- sieren, ermöglicht perspektivisch dagegen Quantencomputing bei Raumtemperatur und somit eine enorme Steigerung der Ressourceneffizienz. Sustainable operating and technological sovereignty due to diamond Today‘s second-generation quantum computers already have the potential to save resources through extremely short computing times, despite the fact that their operation is very complex. In order to achieve and maintain the quantum coherence required for computational operations, the devices contain cryogenic cooling systems that cool down qubits to as low as -273 °C. The approach explored by Fraunhofer IAF to realize scalable qubits using NV centers in diamond, on the other hand, enables quantum computing at room tempera- ture in perspective and thus an enormous increase in resource efficiency. Durch die enorme Härte des Diamantkristallgitters sind daraus erzeugte Qubits zur Quantenverschränkung zum einen nicht auf kryogene Temperaturen angewiesen, zum andern hält ihre Kohärenz um ein Vielfaches länger an und ist resilienter gegen- über Störeinflüssen. Gemeinsam mit nationalen wie internatio- nalen Partnern arbeitet das Fraunhofer IAF daran, das Potenzial dieser überlegenen Eigenschaften für Deutschland und Europa zu erschließen und technologische Souveränität im Quanten- computing zu gewährleisten. Due to the enormous hardness of the diamond crystal lattice, qubits generated from it are not dependent on cryo- genic temperatures for quantum entanglement, and their coherence lasts many times longer and is more resilient to interference. Together with national and international partners, Fraunhofer IAF is working to exploit the potential of these superior properties for Germany and Europe, aiming to ensure technological sovereignty in quantum computing. 52

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Innovation durch starke Partner Innovation due to strong partners Innovationen basieren auf Austausch: Ob Know-how, Equipment oder Material – die optimale Verteilung von Ressourcen ermöglicht ihre bestmögliche Nut- zung. Deshalb setzt das Fraunhofer IAF auf den Wis- senstransfer mit anderen Forschungseinrichtungen, die Verwertungskompetenz von Industrieunterneh- men und das hochwertige Equipment und Material unserer Lieferanten. Gemeinsam mit unseren Partnern aus Wissenschaft und Industrie bilden wir ein starkes Netzwerk und entwickeln die technologischen Inno- vationen, die unsere Wirtschaft und Gesellschaft von morgen prägen. Innovations are based on exchange: Whether know-how, equipment or material — the optimal distribution of resources enables their optimal use. Therefore, Fraunhofer IAF relies on knowledge transfer with other research institutions, the exploitation expertise of industrial companies, and the high-quality equipment and material of our suppliers. Together with our partners from science and industry, we form a strong network and develop the technological innovations that will shape our economy and society of tomorrow. Verbünde und Netzwerke innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft Alliances and networks within the Fraunhofer-Gesellschaft Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland FMD Research Fab Microelectronics Germany Fraunhofer-Leistungsbereich für Verteidigung, Vorbeugung und Sicherheit VVS Fraunhofer Segment for Defense and Security VVS Fraunhofer-Kompetenznetzwerk Quantencomputing Fraunhofer Competence Network Quantum Computing Fraunhofer UK Research Kompetenzzentrum »Quantencomputing Baden-Württemberg« Competence Center “Quantum Computing Baden-Württemberg“ Verbund Mikroelektronik VμE Group for Microelectronics VμE Forschungshubs und Netzwerke für Forschung, Wissenstransfer und Infrastruktur Research hubs und networks for research, knowledge transfer and infrastructure Open6GHub 6G Research and Innovation Cluster ASCENT+ – Europäische Nanoelektronik-Netzwerk ASCENT+ — Network for European Nanoelectronics Access Bitkom EPIC iQuSense Quantum Business Network (QBN) Velektronik – Plattform für vertrauenswürdige Elektronik Velektronik — Platform for trustworthy electronics 54

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland Research Fab Microelectronics Germany more info i In der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutsch- land (FMD) bündeln das Fraunhofer IAF, zehn weitere Fraunhofer-Institute sowie zwei Institute der Leib- niz-Gemeinschaft ihre Expertise und Infrastruktur zur Erforschung und Entwicklung von Mikro- und Nanosystemen. Die FMD bietet Kunden und Partnern einen einfachen Zugang zu neuen Anwendungen und Hochtechnologien auf internationalem Spitzenniveau. Das Fraunhofer IAF bringt hierfür seine Expertise und einzigartige Infrastruktur im Bereich der Verbin- dungshalbleiter ein, um hocheffiziente, ressourcen- schonende und sichere Lösungen zu realisieren sowie Zukunftstechnologien wie Quantencomputing und 6G in Europa voranzubringen. Vielversprechende Zukunftsprojekte der FMD Mit der standort-, technologie- und kompetenzübergreifenden Zusammenarbeit sorgt die FMD für den Erhalt und Ausbau der technologischen Souveränität in Deutschland und Europa ent- lang der gesamten Wertschöpfungskette. Das Fraunhofer IAF bringt sich in mehreren Initiativen der Forschungsfabrik ein, um Innovationen im Bereich grüner IKT und Quantentechnologien aus dem Labor in die Praxis zu bringen. In den vergangenen zwei Jahren starteten gleich vier vielversprechende Zukunfts- projekte mit Beteiligung des Fraunhofer IAF, drei davon 2021: In the Reserach Fab Microelectronics Germany (FMD), Fraunhofer IAF, ten other Fraunhofer institutes and two institutes of the Leibniz Association pool their expertise and infrastructure for research and develop- ment of micro- and nanosystems. The FMD offers customers and partners easy access to new applica- tions and high technologies at the highest interna- tional level. To this end, Fraunhofer IAF contributes its expertise and unique infrastructure in the field of compound semiconductors to realize highly efficient, resource-saving and secure solutions as well as to advance future technologies such as quantum compu- ting and 6G in Europe. Promising future projects of the FMD With its cross-location, cross-technology and cross-com- petence collaboration, FMD ensures the preservation and expansion of technological sovereignty in Germany and Europe along the entire value chain. Fraunhofer IAF is involved in several initiatives of the research factory to bring innovations in the field of green ICT and quantum technologies from the laboratory into practice. No less than four promising future projects with Fraunhofer IAF participation started in the past two years, three of them in 2021: ASCENT+ – Zugang zur europäischen Infrastruktur für Nanoelektronik MATQu – Materialien für das Quantencomputing T-KOS – Terahertz-Technologien für Kommunikation und Sensorik Velektronik – Vertrauenswürdige Elektronik ASCENT+ — Access to European Infrastructure for Nanoelectronics MATQu — Materials for Quantum Computing T-KOS — Terahertz technologies for communication and sensor technology Velektronik — Trustworthy Electronics 2021 wurde das Fraunhofer-Leitprojekt »ZEPOWEL« (»Towards Zero Power Electronics«) erfolgreich abgeschlossen. Darin arbeiteten acht Fraunhofer-Institute seit 2017 gemeinsam an der Entwicklung besonders energieeffizienter Module, die den Energiebedarf des Internets der Dinge (»Internet of Things« in der Zukunft drastisch senken können. In 2021, the Fraunhofer lead project “ZEPOWEL” (Towards Zero Power Electronics) was successfully completed. Since 2017, eight Fraunhofer institutes have been working together on the development of particularly energy-efficient modules that can drastically reduce the energy requirements of the Internet of Things in the future. 56

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 AIXTRON SE Our Technology. Your Future. With its market­leading MOCVD tech­ nology, AIXTRON enables companies to develop applications such as laser, LED and display technologies, data transmission, energy management and conversion, mobile communications, signal and light technology, and electromobility. Der führende Anbieter von Depositionsanlagen für die Halb- leiterindustrie hat seinen Sitz in Herzogenrath (Städteregion Aachen) sowie Niederlassungen und Repräsentanzen in Asien, den USA und in Europa. AIXTRONs Technologielösungen werden weltweit zur Herstellung leistungsstarker Bauelemente für elektronische und optoelektronische Anwendungen insbe- sondere auf Basis von Verbindungshalbleitern eingesetzt. The leading provider of deposition facilities for the semicon- ductor industry is headquartered in Herzogenrath, Germany, with subsidiaries and representative offices in Asia, the United States, and Europe. AIXTRON’s technology solutions are used worldwide to manufacture high-performance devices for elec- tronic and optoelectronic applications, in particular based on compound semiconductors. AIXTRON ist im Bereich der nachhaltigen Leistungselektronik auf Basis der Wide-Band-Gap-Materialklassen Galliumnitrid und Siliziumkarbid international führend. Im Vergleich zur konventionellen Leistungselektronik auf Basis von Silizium- Wafern bieten die neuen GaN- und SiC-Verbindungshalbleiter mit ihrem hohen Wirkungsgrad ein höchst attraktives Potenzial für Energieeinsparung, Wärmereduzierung, Gewichts- und Anlagengrößenreduzierung und damit geringere Gesamtsys- temkosten. So ermöglichen sie eine höhere Energieeffizienz in der Anwendung und tragen dadurch erheblich zu einem geringeren CO2-Ausstoß bei. AIXTRON is an international leader in the field of sustainable power electronics based on the wide band gap material classes gallium nitride and silicon carbide. Compared to conventional power electronics based on silicon wafers, the new GaN and SiC compound semiconductors, due to their high efficiency, offer highly attractive potential for energy savings, heat reduc- tion, weight and system size reduction, and thus lower overall system costs. In this way, they enable greater energy efficiency in the application and thus contribute significantly to lower CO2 emissions. Prof. Dr.-Ing. Michael Heuken Vice President Advanced Technologies AIXTRON SE m.heuken@aixtron.com 58 more info i

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Infineon Technologies GaN shaping energy efficiency Dabei ist die Stärkung der europäischen Wertschöpfungsket - te von strategischer Bedeutung für den Halbleiterhersteller. Um ideal auf die Zukunft vorbereitet zu sein, wird Infineon weiterhin in die Forschung und Entwicklung rund um GaN investieren. Zudem arbeitet das Unternehmen auch künftig mit dem Fraunhofer IAF im Rahmen mehrerer Projekte zusam- men, um die GaN-Halbleitertechnologien von morgen weiter mitzugestalten. Infineon Technologies is a leader in power, radio frequen- cy, and sensor semiconductor solutions, focusing on energy efficiency and reliability. With more than ten years of expe- rience in GaN technologies including RF power transistors, power switches, and integrated solutions, Infineon is a strong innovator in this field with global in-house GaN manufacturing capabilities. Ideal for both RF and power applications, GaN offers great advantages in lowering power consumption and raising high-frequency performance. Mastering the complexity involved in combining high performance, quality, and reliability to deliver cost-effective GaN on silicon solutions, Infineon sup- ports this market with high-volume production capabilities. Strengthening the European value chain is of strategic impor- tance for Infineon. The company continues to invest in GaN research and development to be prepared for future appli- cations. Similarly, Infineon continues its collaboration with Fraunhofer IAF in multiple projects to further shape GaN s emiconductor technologies of the future. more info i Infineon’s in-house GaN manufacturing capabilities strengthen the European value chain in semiconductor solutions. Als führender Anbieter von Hochfrequenz-, Leistungshalbleiter- und Sensorlösungen verfügt Infineon Technologies über mehr als zehn Jahre Erfahrung auf dem Gebiet der GaN-Technolo- gien einschließlich HF-Leistungstransistoren, Leistungsschaltern und integrierter Lösungen. Das Unternehmen treibt mit einem klaren Fokus auf Energieeffizienz und Zuverlässigkeit maßgeb- lich Innovationen in diesem Bereich voran und setzt auf eine globale firmeninterne Fertigung von GaN-Produkten. GaN bietet enorme Vorteile wie etwa einen geringeren Energiever- brauch und eine höhere Hochfrequenzbereich-Performance, die sowohl für HF- als auch für Leistungshalbleiteranwen- dungen ideal geeignet sind. Infineon ist in der Lage, kosten- effektive GaN-on-Si-Lösungen mit hoher Leistung, Qualität und Zuverlässigkeit herzustellen und unterstützt diesen Markt durch hohe Produktionskapazitäten. Dr. Ismail Nasr Director Wireless Infrastructure Infineon AG ismail.nasr@infineon.com 60

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 RPG – Radiometer Physics GmbH E Band LEO satellite to ground communication link Headquarter of Radiometer Physics GmbH in Meckenheim Die RPG Radiometer Physics GmbH arbeitet seit mehr als einem Jahrzehnt mit dem Fraunhofer IAF an der Entwicklung satelliten- basierter Messinstrumente zur Erdbeobachtung im mm-Wellen- bereich zusammen. Hierbei kommt der kontinuierlichen For- schung und Entwicklung des Fraunhofer IAF im Bereich der III/V-Halbleitertechnologie eine tragende Rolle zu. RPG Radiometer Physics GmbH has been collaborating with Fraunhofer IAF for more than a decade on the development of satellite-based measurement instruments for Earth observation in the mm-wave range. Here, the continuous research and development of Fraunhofer IAF in the field of III-V semiconduc- tor technology plays a major role. Die Übertragung der gewonnenen Messdaten vom Satelliten zur Erde stellt aufgrund der stetig wachsenden Datenmenge eine zunehmende Herausforderung dar. In einer Folge von Projekten unter Förderung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wurde in Kooperation mit der Universität Stuttgart Sende- und Empfangstechnik in den für Satellitenkom- munikation freigegebenen Frequenzbändern 71 – 76 GHz und 81 – 86 GHz entwickelt, aufgebaut und getestet. Hierbei wurden Rekorde in der Datenübertragung im E-Band aufgestellt: terrest- rische Übertragung über 37 km mit 6 Gbit/s (ACCESS, 2016) und Übertragung vom Flugzeug zum Boden über 5 km mit 9,6 Gbit/s (ELIPSE, 2018). Für 2022 ist der Start eines CubeSat (EIVE) mit weiterentwickelter Sendetechnik im Bereich 71 – 76 GHz geplant. The transmission of the acquired measurement data from satellite to earth is an increasing challenge due to the steadily growing amount of data. In a series of projects funded by German Aerospace Center (DLR), transmission and reception technology in the 71 – 76 GHz and 81–86 GHz frequency bands was developed, built and tested in cooperation with the University of Stuttgart. In the process, records were set for data transmission in the E band: terrestrial transmission over 37 km at 6 Gbit/s (ACCESS, 2016) and transmission from aircraft to ground over 5 km at 9.6 Gbit/s (ELIPSE, 2018). The launch of a CubeSat (EIVE) with advanced transmission techno- logy in the 71 – 76 GHz range is planned for 2022. Ralf Henneberger Project Manager & System Engineer, 1RP-WS Radiometer Physics GmbH ralf.henneberger@ radiometer-physics.de 62 more info i

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 VDI – Virginia Diodes, Inc. Advancing the terahertz region VDI manufactures state­of­the­art test and measurement equipment for mm­wave and THz applications. VDI hat es sich zur Aufgabe gemacht, den THz-Bereich des elek- tromagnetischen Spektrums für wissenschaftliche, militärische und kommerzielle Anwendungen so nutzbar zu machen, wie es die Mikrowellen- und Infrarotbänder heute sind. Hierzu stellt VDI modernste Test- und Messgeräte für mm-Wellen- und THz- Anwendungen her. Seit der Gründung im Jahr 1996 hat VDI die Anzahl der Produktangebote und Mitarbeitende kontinuierlich erhöht, um eine breite Palette von Kunden im Terahertz- und Millimeterwellenbereich zu bedienen. VDI’s mission is to make the THz region of the electromagne- tic spectrum as useful for scientific, military, and commercial applications as the microwave and infrared bands are today. VDI manufactures state-of-the-art test and measurement equipment for mm-wave and THz applications. Since its founding in 1996, VDI has continued to grow the number of product offerings and employees needed to satisfy a broad range of terahertz and millimeter wave customers. Zuletzt hat VDI kompakte Hochfrequenz-Radiometer für die Atmosphärenmodellierung und Wettervorhersage entwickelt. Im Jahr 2021 konnte so der erste von sechs TROPICS-CubeSats starten. TROPICS ist eine Millimeterwellen-Radiometer-CubeSat- Konstellation, die von den MIT Lincoln Laboratories entwickelt wurde, um Profile von tropischen Wirbelstürmen mit hoher zeitlicher Auflösung zu erstellen. Ein wesentlicher Baustein zur Durchführung dieser Mission waren die rauscharmen G-Band- Verstärker (140 – 220 GHz), die vom Fraunhofer IAF entwickelt und von VDI in ein kompaktes Radiometer integriert wurden. VDI has been developing compact high-frequency radiometers for atmospheric modeling and weather forecasting. In 2021, the first of six TROPICS CubeSats was launched. TROPICS is a millimeter-wave radiometer CubeSat constellation developed by MIT Lincoln Laboratories to provide high temporal-resolu- tion profiles of tropical cyclones. Essential to this mission are the G band (140 – 220 GHz) low-noise amplifiers devel - op ed by Fraunhofer IAF and integrated by VDI into a compact radiometer. Dr. Eric W. Bryerton Vice President of Engineering Virginia Diodes, Inc. bryerton@vadiodes.com 64 more info i

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Wertschöpfungskette am Fraunhofer IAF Value chain at Fraunhofer IAF Wir bieten Dienstleistungen entlang der gesamten III/V-Halbleiter-Wert- schöpfungskette sowie im Bereich Quantencomputing-Software und -Simulation an und stehen Ihnen beratend zur Seite. Sie können bei uns Epitaxie nach Ihren Spezifikationen beauftragen oder Chipfläche auf Wafern buchen. Gerne unterstützen wir Sie bei Design, Modellierung und Herstellung von integrierten Schaltungen sowie Modulen und führen Messungen für Sie durch. We offer services along the entire III-V semiconductor value chain as well as in the area of quantum computing software and simulation and are available to advise you throughout the entire process. You can order epitaxy from us according to your specifications or book chip area on wafers. We are looking forward to supporting you in design, modeling and manufacturing of integrated circuits as well as modules and perform measurements for you. 66

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Bauelemente und Schaltungen Devices and circuits Simulationsbasierter Entwurf und Realisierung von Bauelementen aus III/V-Verbindungshalb- leitern und synthetischem Diamant für: Elektronische und optoelektronische Bau- elemente und integrierte Schaltungen (ICs) Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Optoelektronische Bauteile für Quanten- sensing und Quantencomputing Simulation-based design and realization of devices made of III-V compound semicon- ductors and synthetic diamond for: Electronic and optoelectronic devices and integrated circuits (ICs) Microelectromechanical systems (MEMS) Optoelectronic devices for quantum sensing and quantum computing Messtechnik Measurement technology Das Fraunhofer IAF verfügt über modernste Systeme für Hochfrequenz- und optoelektronische Messungen, für Quantensensorik sowie für die Analytik von Halbleitern: Charakterisierung von integrierten Schaltungen und Hochfrequenz-Modulen nach Ihren Spezifikationen Kryogene Messtechnik Roboter-Messplatz für dreidimensionale Vermessungen mit Millimeterwellen Applikationslabor Quantensensorik mit mehreren Magnetometern Applikationslabor Quantencomputing Applikationslabor Infrarot-Laser-Spektroskopie Materialanalytik für Halbleiterschichten und Hetero strukturen Fraunhofer IAF has cutting-edge systems for high- frequency and optoelectronic measurements, for quantum sensing and for the analysis of semiconductors: Characterization of integrated circuits and high- requency modules according to your specifications Cryogenic measurement Robot measuring station for threedimensional measurements with millimeter waves Application Laboratory Quantum Sensing with several magnetometers Application Laboratory Quantum Computing Application Laboratory Infrared Laser Spectroscopy Material analysis for semiconductor layers and heterostructures 68

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Zwei neue Forschungsbauten in Betrieb Two new research buildings in operation Mit dem neuen Laborgebäude und der neuen MOCVD-Halle stehen dem Fraunhofer IAF seit 2021 eine erweiterte hochmoderne Forschungsinfrastruktur für die optoelektronische Messtechnik und Quanten- sensorik sowie für die metall-organische Gasphasen- epitaxie zur Verfügung. With the new laboratory building and the new MOCVD hall, Fraunhofer IAF has had an expanded state-of-the-art research infrastructure for opto- electronic metrology and quantum sensing as well as for metal-organic chemical vapour deposition since 2021. Mit der Inbetriebnahme der MOCVD-Halle und dem Umzug der Optik- und Quantensensorik-Labore in das neue Laborge- bäude steht dem Fraunhofer IAF nun für die strategische Wei- terentwicklung wichtiger Kernkompetenzen eine moderne und den zukünftigen Anforderungen entsprechende Forschungs- infrastruktur zur Verfügung. So kann das Institut mit der neuen MOCVD-Halle die materialwissenschaftlichen Forschungs- arbeiten insbesondere auf dem Gebiet der Halbleiter mit hoher Bandlücke weiter ausbauen. Es stehen für die metall-organi- sche Gasphasenepitaxie nun fünf moderne Anlagen bereit, die mit ihrer sehr aufwändigen Medienversorgung optimal in der speziell für diesen Zweck errichteten Halle untergebracht sind. Über eine Passerelle mit der MOCVD-Halle verbunden ist das neue Laborgebäude mit 900 m2 Nutzfläche und 22 Laboren. Die Räumlichkeiten sind für die anspruchsvolle optische Mess- technik für immer kleiner werdende Strukturen konzipiert und entsprechen auch den zukünftigen Anforderungen an Gebäudeschwingungen. Die Fertigstellung des Laborgebäudes, das aus Mitteln des Bundes und des Landes Baden-Württemberg finanziert wurde, und die Inbetriebnahme der MOCVD-Halle, die aus Mitteln des BMVg erstellt wurde, sind wichtige Meilensteine auf dem Weg des Instituts zu einer modernen und nachhaltig bewirtschafte- ten Forschungsinfrastruktur. With the commissioning of the MOCVD hall and the reloca- tion of the optics and quantum sensing laboratories to the new laboratory build ing, Fraunhofer IAF now has a modern research infrastructure that meets future requirements for the strategic further development of important core competencies. With the new MOCVD hall, the institute can further expand its materials science research work especially in the field of semiconductors with high bandgaps. Five modern systems are now available for metal-organic vapor phase epitaxy, which are optimally accommoda t ed in the hall specially built for this purpose with a very elaborate media supply. The new laboratory building with 900 m2 of floor space and 22 laboratories is connected to the MOCVD hall via a skywalk. The building, designed for demanding optical metrology for ever smaller structures provides Fraunhofer IAF with premises that also meet future requirements for building vibrations. The completion of the laboratory building, which was funded by the German federal government and the state of Baden- Württemberg, and the commissioning of the MOCVD hall, which was built with funds from the BMVg, are important milestones on the institute‘s way to a modern and sustainably managed research infrastructure. Seit 2021 stehen dem Fraunhofer IAF ein neues Laborgebäude und eine hochmoderne MOCVD­Halle zur Verfügung. Since 2021, Fraunhofer IAF has had a new laboratory building and a state­of­the­art MOCVD hall at its disposal. 70

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Das neue Laborgebäude beherbergt die beiden Applikationslabore für Quantensensorik und für Laser­Spektroskopie sowie die gesamte optische Messtechnik des Instituts. The new laboratory building houses the two application laboratories for quantum sensing and for laser spectroscopy as well as the insti tute‘s entire optical measurement technology. Applikationslabor für Quantensensorik Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft sind dazu eingeladen, im Applikationslabor das Innovationspotenzial von Quanten- sensoren für ihre spezifischen Anforderungen zu evaluieren: Im Applikationslabor Quantensensorik stehen für Kunden mehrere Quantenmagnetometer, die speziell für die Nutzung durch Unternehmen optimiert werden, zur Verfügung. Ebenso entstehen Plattformen für Service- und Auftragsmessungen, damit Industriekunden die Leistungsfähigkeit von Quanten- sensorik mit der von klassischen Sensorsystemen vergleichen können. Um die Nutzung und Bedienung der Quantensensoren zu erleichtern, werden Software-Pakete entwickelt, die sich auf die Anforderungen der jeweiligen Applikation anpassen lassen. Application laboratory for quantum sensor technology Partners from science and industry are invited to evaluate the innovation potential of quantum sensors for their specific requirements in the application laboratory: Several quantum magnetometers, which are optimized specifically for use by companies, are available for customers in the Quantum Sen- sors Application Laboratory. Likewise, platforms for service and contract measurements are being created so that industrial customers can compare the performance of quantum sensor technology with that of classical sensor systems. To facilitate the use and operation of quantum sensors, software packages are being developed that can be adapted to the requirements of the specific application. Das Applikationslabor Quantensensorik besteht am Institut im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag«, kurz für Quan- tenmagnetometrie. In dem Projekt entwickeln Forschende von sechs Fraunhofer-Instituten in Zusammenarbeit mit den Univer- sitäten Stuttgart und Boulder, Colorado (USA), Quantensenso- ren für den hochempfindlichen Nachweis von Magnetfeldern. The Quantum Sensors Application Laboratory exists at the Insti- tut as part of the Fraunhofer lighthouse project “QMag,” short for quantum magnetometry. In the project, researchers from six Fraunhofer institutes in collaboration with the Universities of Stuttgart and Boulder, Colorado (USA), are developing quantum sensors for the highly sensitive detection of magnetic fields. Applikationslabor für Laser-Spektroskopie Im Applikationslabor für Infrarotlaser realisiert das Fraunhofer IAF mit spektral durchstimmbaren Quanten- kaskadenlasern (QCL) spektroskopische Messungen für Kunden. Die QCLs ermöglichen die schnelle Identifizierung verschiedenster Feststoffe und Flüssigkeiten innerhalb weni- ger Sekunden bis hin zu Messungen in Echtzeit – ein großer Fortschritt für die In- und Online-Prozesskontrolle. Durch seine breite spektrale Abstimmbarkeit im infraroten Wellenlängen- bereich zwischen 4 und 11 µm sowie seine hohe spektrale Brillanz ist der QCL für verschiedenste Messaufgaben hervor- ragend geeignet. Die innovative Technologie identifiziert che- mische Substanzen wesentlich zuverlässiger als vergleichbare Spektroskopie-Techniken im nahen Infrarot. Application laboratory for laser spectroscopy In the application laboratory for infrared lasers, Fraunhofer IAF realizes spectroscopic measurements for customers with spectrally tunable quantum cascade lasers (QCL). The QCLs enable rapid identification of a wide variety of solids and liquids within a few seconds up to measurements in real time — a major advance for in- and online process control. Due to its broad spectral tunability in the infrared wavelength range between 4 and 11 µm as well as its high spectral brilliance, the QCL is ideally suited for a wide variety of measurement tasks. The innovative technology identifies chemical substances much more reliably than comparable spectroscopy techniques in the near infrared. 72

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Nachhaltige Anlagen: Modernste Ausstattung für Spitzenelektronik Sustainable facilities: Up-to-date equipment for cutting-edge electronics Als international renommierte Adresse für die Erforschung und Entwicklung innovativer Elektronikkomponenten und -module auf Basis von III/V-Verbindungs- halbleitern legt das Fraunhofer IAF großen Wert auf modernstes Equipment. Gleichzeitig sind 2022 Maßnahmen angelaufen, um den Ressourcenverbrauch der Halbleiterproduktion zu reduzieren. Diese haben das Ziel, bis 2030 Klimaneutrali- tät zu erreichen. Zudem investiert das Fraunhofer IAF jedes Jahr in neue Anlagen, um auch zukünftig die gesamte Wertschöpfungskette im Bereich der Mikroelek- tronik abzubilden. Damit stehen Forschenden, Kunden und Partnern nachhaltige technologischen Möglichkeiten offen, gemeinsam neue Lösungen für die Anwen- dungen der Zukunft zu (er)finden. Fraunhofer IAF is an internationally renowned address for research and develop- ment of innovative electronic components and modules based on III-V compound semiconductors. As such, most recent equipment is of great importance to us. At the same time, measures to reduce resource consumption in semiconductor production were launched in 2022. These have the goal of achieving climate neutrality by 2030. In addition, Fraunhofer IAF invests in new equipment every year in order to continue covering the entire value chain in the field of micro- electronics. Thus, researchers, customers, and partners have sustainable tech- nological possibilities at hand to jointly discover and invent new solutions for applications of the future. Im Neubau wurde 2021 eine neue Anlage für (AlSc) N-haltige Mate­ rialien installiert, die Temperaturen von bis zu 1400 °C erreicht, wodurch sich die Kristallqualität deutlich verbessert. In 2021, a new plant for (AlSc) N-containing materials was installed in the new building, which reaches temperatures of up to 1400 °C temperatures, which significantly improves the crystal quality. 74

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Elektronenstrahlschreiber für kleinste Nanostrukturen Electron beam writer for smallest nanostructures Funktionalität und technische Daten Functionality and technical data minimale Linienbreite 10 nm Overlay-Genauigkeit < 11 nm Substrate bis 300 nm Autoloader mit Kapazität für 30 100-mm-Wafer Strahldrift < 20 nm/h minimum line width 10 nm Overlay accuracy < 11 nm Substrates up to 300 mm Autoloader capacity for 30 100 mm wafers Beam drift < 20 nm/h Mit dem äußerst präzisen Elektronenstrahlschreiber stellen Forschende des Fraunhofer IAF schnellste InGaAs- und GaN- Transistoren mit bis zu 10-nm-Gatelänge her oder bearbeiten Nanostrukturen für Quantentechnologien auf Diamantbasis. Ermöglicht wird dies durch die hohe Justage-Genauigkeit bei gleichzeitig hoher Belichtungsgeschwindigkeit und Strahlstabi- lität des Geräts, das kleinste Strukturen mit einer Größe von bis zu 10 nm erzeugt. Die maximale Kapazität des automatischen Ladesystems umfasst 30 100-mm-Wafer. Schreiben kann die Anlage auf Substraten bis zu einem Durchmesser von 300 mm. Using the highly precise electron beam writer, researchers at Fraunhofer IAF produce fastest InGaAs and GaN transistors with down to 10 nm gate length, or process nano structures for diamond-based quantum technologies. This becomes possible by the high alignment accuracy combined with high exposure speed and beam stability of the device, which produces the smallest structures with a size down to 10 nm. The maximum capacity of the automatic loading system includes 30 100 mm wafers. The system can write on sub strates up to 300 mm in diameter. Die Anschaffung dieser Anlage wurde im Rahmen der For- schungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) gefördert. The purchase of this facility was funded as part of the Research Fab Microelectronics Germany (FMD). Mit dem Elektronenstrahl­ schreiber bearbeiten For­ schende kleinste Strukturen bis zu einer Größe von 10 nm. Using the electronic beam writer, researchers process smallest structures with a size down to 10 nm. 76

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Neueste Messtechnik trifft einzigartiges Know-how Latest measurement technology meets unique know-how Laboraufbau zur Unter­ suchung von MIMO und dual­polarisierten Über­ tragungsverfahren bei 300 GHz mit Datenraten von mehr als 100 Gbit/s Kunden und Partnern bietet das Fraunhofer IAF eine breite Palette an Messdienst- leistungen zur strukturellen, elektronischen und optischen Charakterisierung von Halbleitermaterialien, Heterostrukturen und den aus ihnen prozessierten Bauele- menten und Systemen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Hochfrequenzmess- technik. Im Kontext der Quantentechnologien baut das Institut zudem spezifische elektrische und optische Messplätze zur gezielten Manipulation von Quantensyste- men auf. Laboratory setup for investigating MIMO and dual­polarized transmission methods at 300 GHz with data rates of more than 100 Gbit/s Fraunhofer IAF offers customers and partners a wide range of measurement ser- vices for the structural, electronic and optical characterization of semiconductor materials, heterostructures and devices and systems processed from them. One focus is on high-frequency metrology. In the context of quantum technologies, the institute is also establishing specific electrical and optical measurement setups for the targeted manipulation of quantum systems. 78

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Kryogene Messtechnik für ultrarauscharme Elektronik Das Fraunhofer IAF entwickelt ultrarauscharme und kom pakte Hochfrequenzelektronik, unter anderen für den Einsatz in der Weltraumkommunikation, Klima- und Erdbeobachtung aus dem All und im Quantencomputing. Elektronik in Quan- tencomputern, die in direkter Nähe der Qubits zum Einsatz kommt, muss nicht nur mit dem Betrieb bei extrem niedrigen Temperaturen kompatibel sein, sondern auch ein extrem geringes Rauschen sowie eine vernachlässigbare Erwärmung aufweisen. Um die Performance kryogener elektronischer Bauelemente zu bestimmen und weiter zu verbessern, verfügt das Institut über hochmoderne Tiefsttemperatur-Messtechnik. Die kryogenen Probestationen des Fraunhofer IAF ermöglichen DC-Messun- gen sowie Streuparameter- und Rauschtemperaturmessungen von kryogen gekühlten Einzelbauelementen und integrierten Schaltkreisen innerhalb einer Kryokammer bis zu Temperatu- ren von 2 K (ca. -271 °C). Das Institut bringt seine Expertise der kryogenen Messtechnik, dem Design von Tieftempe- ratur-Schaltungen sowie Verstärkern unter anderem in den EU-Projekten »Sequence« und »MATq« sowie den vom BMBF geförderten Projekten »MUNIQC-SC« und »qBriqs« ein. Cryogenic measurement technology for ultra-low noise electronics Fraunhofer IAF develops ultra-low noise and compact high frequency electronics, for applications such as space communi- cation, climate and Earth observation from space and quantum computing. Electronics in quantum computers, which are used in close proximity to the qubits, must not only be compatible with operation at extremely low temperatures, but also exhibit extremely low noise as well as negligible heating. In order to determine and further improve the performance of cryogenic electronic components, the institute has state-of- the-art cryogenic measurement technology at its disposal. The cryogenic test stations of Fraunhofer IAF allow DC measure- ments as well as scattering parameter and noise temperature measurements of cryogenically cooled single devices and integrated circuits inside a cryochamber down to temperatures of 2 K (approx. -271 °C). The institute contributes its expertise in cryogenic measurement techniques, the design of cryogenic circuits as well as amplifiers to the EU projects “Sequence” and “MATq” as well as to the BMBF-funded projects “MUNIQC-SC” and “qBriqs,” among others. 80

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Anhang Appendix Das Institut in Zahlen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 84 The institute in figures Kuratorium � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 86 Advisory Board Technologiehighlight: Verstärkersystem mit extrem hoher Ausgangsleistung � � � � � 88 Technology highlight: Amplifier system with extremely high output power Patente � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 89 Patents Aus einer Idee wird ein Produkt � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 90 From idea to product Wie Sie mit uns kooperieren können � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 91 How you can work with us Ausbildung und Lehre � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 92 Education and teaching Fakten und Zahlen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 93 Facts and figures Abschlussarbeiten � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 94 Theses Organigramm � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 96 Organigram Arbeiten am Fraunhofer IAF � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 98 Working@IAF Impressum� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 100 Publication details 82

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Das Institut in Zahlen The institute in figures Das Fraunhofer IAF verfügte im Jahr 2021 über einen gegen- über dem Vorjahr um 6,7 Mio. € geringeren Betriebshaushalt von 31,9 Mio. €. Der deutlich höhere Betriebshaushalt im Vor- jahr kam insbesondere durch den außergewöhnlichen Anstieg der Sachaufwendungen im Zusammenhang mit der vom Land Baden-Württemberg finanzierten Start leasingrate eines Quan- tencomputers zu Stande. Die Personalkosten liegen für das Jahr 2021 mit geschätzten 19,1 Mio. € um 0,8 Mio. € unter dem Vorjahreswert. Aufgrund Pandemie-bedingter Unsicherheiten in der Ertragslage wurden im Jahr 2021 weniger Neueinstellungen vorgenommen als vorgesehen. Das Investitionsvolumen beträgt ca. 6,3 Mio. €. Investitionen im Rahmen des BMBF-finanzierten Programms »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland« wurden im Jahr 2020 letztmalig getätigt – insbesondere aus diesem Grund fielen die Investitionen um ca. 2,7 Mio. € gerin- ger aus als im Jahr davor. Für 2022 wurde mit einem moderaten Anstieg des Personal- körpers zzgl. der Tarifsteigerungen geplant. Die Sachkostenstei- gerung resultiert im Wesentlichen aus der Annahme steigender Energiekosten. Die Höhe der laufenden Investitionen wird auf dem Niveau des Vorjahres angenommen (rd. 6,5 Mio. €). Ein sehr großer Teil des Gesamthaushalts wurde in 2021 weiter- hin vom BMVg mit einem Anteil von ca. 42 % finanziert, wobei aufgrund der Vielzahl von Projekten im Bereich der Quanten- technologien der zivile Anteil im Vergleich zu den Jahren 2019 und früher hoch bleibt. Positiv zu bewerten ist der Anstieg der Industrieerträge auf rd. 5,3 Mio. €. Damit übersteigt der Indus- trieertrag im Jahr 2021 das Niveau der Vorjahre, was als großer Erfolg zu bewerten ist, da die Industrie von den Auswirkungen der Corona-Pandemie deutlich mehr getroffen wurde als der öffentliche Bereich. Deutliche Steigerungen bei der Einwerbung Fraunhofer-interner Mittel führen ebenfalls dazu, dass das Fraunhofer IAF nach dem negativen Ergebnis im vergangenen Jahr im Jahr 2021 wieder mit einem deutlichen Aufbau der Institutsreserven rechnen kann. Die Zahl der Vollzeitäquivalent-Beschäftigten liegt 2021 bei 224. In absoluten Zahlen arbeiten 287 Beschäftigte am Fraunhofer IAF, davon sind ca. 33 % weiblich. Von diesen 287 sind 190 Mitarbeitende, inklusive 29 Doktoranden, direkt in den wissenschaftlichen Abteilungen aktiv. 86 Beschäftigte sind in der Infrastruktur inklusive Leitungsbereich tätig. Stand Dezember unterstützen zudem elf wissenschaftliche Hilfskräfte die Arbeiten am Fraunhofer IAF. 84 In 2021, Fraunhofer IAF had an operating budget of € 31.9 mil- lion, which is about € 6.7 million lower than in the previous year. The significantly higher operating budget in the previous year was due in particular to the extraordinary increase in material expenses in connection with the initial leasing rate of a quantum computer financed by the state of Baden-Würt- temberg. At an estimated € 19.1 million, personnel costs for 2021 are € 0.8 million lower than in the previous year. Due to pandemic-related uncertainties in the earnings situation, fewer new hires were made in 2021 than planned. The investment volume amounts to approximately € 6.3 million. Investments under the BMBF-funded “Research Fab Microelectronics Germany“ program were made for the last time in 2020 — for this reason in particular, investments were around € 2.7 million lower than in the previous year. For 2022, a moderate increase in the number of employees plus pay rises was planned. The increase in material costs is mainly due to the assumption of rising energy costs. The level of current investments is assumed to be the same as in the previous year (around € 6.5 million). A very large part of the overall budget continued to be fi - nanced by the MoD in 2021, with a share of around 42 %. Due to the large number of projects in the area of quantum technologies, the civilian share remains high compared to 2019 and earlier. The increase in industrial revenue to around € 5.3 million is a positive development. This means that the industrial revenue in 2021 exceeds the level of previous years, which can be considered a major success, as industry was hit much harder by the effects of the Corona pandemic than the public sector. Significant increases in the acquisition of internal Fraunhofer funds also mean that Fraunhofer IAF can expect a significant build-up of the institute’s reserves again in 2021, following the negative result last year. The number of full-time equivalent employees in 2021 is 224. In absolute numbers, 287 employees work at Fraunhofer IAF, of which approximately 33 % are female. Of these 287, 190 employees, including 29 PhD students, work directly in the scientific departments. 86 employees work in the infrastruc- ture, including the management area. As of December, eleven scientific assistants support the work at Fraunhofer IAF.

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Kuratorium Advisory Board Das Kuratorium, ein Expertengremium mit Vertretern aus Industrie, Forschung und Politik, begleitet die Forschungsarbeiten des Fraunhofer IAF und berät den Institutsleiter sowie den Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft. The Advisory Board is made up of experts from industry, universities as well as Federal Ministries and monitors Fraunhofer IAF’s research program, advising the Director and the Executive Board of the Fraunhofer-Gesellschaft. Barbara Becker, MdL Bayerischer Landtag, CSU Fraktion, München MinR Dipl.-Phys. Claus Mayer Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg, Stuttgart Dr� Klaus Beilenhoff United Monolithic Semiconductor GmbH, Ulm Prof. Dr. Jérôme Faist ETH Zürich, Schweiz Dr� Johannes Koeth nanoplus GmbH, Gerbrunn Dr� Jens Kosch X-FAB Semiconductor Foundries GmbH, Erfurt Prof. Dr. Juerg Leuthold ETH Zürich, Schweiz Dr. Tomas Krämer Institutsbetreuer / Institute Liaison Fraunhofer-Gesellschaft, München Dr. Ulf Meiners Vorsitzender / Chairman NICHIA Chemical Europe GmbH, Kronberg i. T. Dr. Thomas Metzger Qualcomm Germany RFFE GmbH, München Dr. Thomas Roedle Ampleon Netherlands B. V., Niejmegen, Niederlande Dr. Dietmar Schill Sony Europe B. V., Stuttgart Andreas Wälti Evatec AG, Trübbach, Schweiz Dr. Nicolai Künzner Diehl Defence GmbH & Co. KG, Überlingen Prof. Dr. Jörg Wrachtrup 3. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart 86

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Verstärkersystem mit extrem hoher Ausgangsleistung Amplifier system with extremely high output power Forschende des Fraunhofer IAF haben einen neuartigen festkörperbasierten Leistungsverstärker (Solid State Power Amplifier – SSPA) entwickelt, der herkömmliche Röhrenverstärker ersetzen kann. Im Gegensatz zu her- kömmlichen Leistungsverstärkern, die bei steigenden Frequenzen stark an Effizienz einbüßen, erzielen die von Philipp Neininger in seiner Promotion entwickelten Chips und der korrespondierende Power Combiner dank des innovativen Systementwurfs und Aufbaus extrem hohe Leistungen von über 100 W – und das bei Frequenzen von 28 – 38 GHz. In diesen Leistungs- und Effizienzklassen gibt es bisher keine vergleichbare Technologie, die diese Bandbreite erzielt. Die gesamte Wertschöpfungskette von der Epitaxie und Prozessierung der Wafer über den Entwurf bis zur Fertigung der Module für dieses System ist am Fraunhofer IAF angesiedelt. Researchers at Fraunhofer IAF have developed a novel Solid State Power Amplifier (SSPA). In contrast to conven- tional power amplifiers, which strongly lose efficiency at increasing frequencies, the chips and the corresponding power combiner developed by Philipp Neininger during his doctoral research achieve extremely high powers of more than 100 W at frequencies of 28 – 38 GHz. This is due to their innovative system design and realization. To date, there is no comparable technology in these power and efficiency classes that achieves this bandwidth. The entire value chain from epitaxy and processing of the wafers to the design and manufacture of the modules for this system is located at Fraunhofer IAF. Das Verstärkersystem nutzt 16 radial angeordnete Verstärker-Module und führt deren Ausgangsleis- tung mit einem Wirkungsgrad von 95 % zusammen. Das Gesamtsystem erreicht dadurch eine Leistung von bis zu 127 W und einen Gesamtwirkungsgrad von bis zu 23 %. The amplifier system uses 16 radially arranged amplifier modules and combines their output power with an efficiency of 95 %. The overall system achieves a power of up to 127 W and an overall efficiency of up to 23 %. i read more in an interview Philipp Neininger vereint in seiner Promotion und Forschung am Fraunhofer IAF Chipdesign mit Hochfrequenzelektronik. Philipp Neininger combines chip design with high frequency electronics in his PhD and research at Fraunhofer IAF. 88

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Aus einer Idee wird ein Produkt From idea to product Bei uns finden Sie unter rund 200 Fachkräften genau diejenigen, die Sie für Ihr Projekt brauchen. Mit jahrzehntelanger Erfahrung, einer hochmodernen techno- logischen Ausstattung und starken Kooperationspartnern finden wir innovative Lösungen für Ihre Fragen. Im ständigen Austausch mit unseren Kunden und Part- nern entwickeln wir individuelle Verfahren, Demonstratoren und Proto typen oder führen Messungen für Sie durch. Amongst our 200 experts you will find just the one you need for your project. With decades of experience, state-of-the-art technology and equipment and strong partnerships, we will come up with innovative answers to your questions. Constant dialogue with our customers and partners ensures that we develop processes, demon strators and prototypes tailored to your needs and take individualized measurements. Warum Fraunhofer IAF? Why Fraunhofer IAF? Zusammenarbeit: maßgeschneidert! Wir bearbeiten sowohl mehrjährige Großpro- jekte als auch kleinere Vorhaben, die schnell umgesetzt werden können. Tailor-made collaboration! We handle large-scale projects with a time frame of several years as well as smaller pro- jects that can be implemented quickly. more info i Gebündelte Kompetenzen Wir bieten Ihnen über verschiedene Material- und Verfahrensgrenzen hinweg bestmögliche Lösungen. Bundled competence Our comprehensive portfolio means we provide you with optimum solutions across a range of materials and processes. Ihre Anfrage im Mittelpunkt Bei Auftragsforschung gehen wir spezifisch auf Ihre Anfrage ein. The focus is on your needs Contract research allows us to provide you with customized responses. Kostengünstige Lösungen Der Zugriff auf unsere Infrastruktur und Prozesse schont Ihre internen Ressourcen. Cost-effective solutions Access to our infrastructure and processes saves your internal resources. Geschütztes Umfeld Vertraulichkeit und der Schutz Ihrer Daten haben bei unserer Arbeit oberste Priorität. Protected environment We give top priority to confidentiality and the protection of your data in our work. 90

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Ausbildung und Lehre Education and teaching Mitarbeitende des Fraunhofer IAF waren in 2021 in der Lehre tätig. Scientists of Fraunhofer IAF were active in teaching in 2021. Albert-Ludwigs-Universität Freiburg »Verbindungshalbleiter«, »System-Design-Projekt«, »Masterprojekt SSE«, »Mechanik«, »Nanobiotechnologie«, »Bauelemente und Schaltungen der Leistungselektronik«, »Elektrodynamik und Optik« Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher Lehrdeputat SWS | Teaching hours per week: 16 »RF and Microwave Circuits and Systems«, »RF and Microwave Circuits and Systems«, »RF and Microwave Devices and Circuits«, »Bauelemente und Schaltungen der Leistungselektronik«, »Circuit technology«, »Sustainable Systems Engineering« Prof. Dr. Rüdiger Quay Lehrdeputat SWS | Teaching hours per week: 14 »Mechanik«, »Elektrodynamik und Optik« Dr. Josef Rosenzweig, Dr. Klaus Köhler Lehrdeputat SWS | Teaching hours per week: 8 »Optoelektronische Quantenbauelemente« Dr. Martin Walther Lehrdeputat SWS | Teaching hours per week: 2 »Quantencomputer« PD Dr. Thomas Wellens Lehrdeputat SWS | Teaching hours per week: 2 Universität Stuttgart »SiGe BiCMOS Monolithic Microwave Integrated Circuit Design« Dr. Sébastien Chartier Lehrdeputat SWS | Teaching hours per week: 2 Duale Hochschule Baden-Württemberg Lörrach »Leistungselektronik« Michael Basler Lehrdeputat SWS | Teaching hours per week: 2 » Ich hatte schon immer Freude daran, anderen etwas beizubringen. Ich möchte mein Wissen gerne weitergeben und darum habe ich ange- fangen, die Vorlesung Leistungselektronik für Bachelorstudierende der Dualen Hochschule Baden-Württemberg zu halten.« “I have always enjoyed teaching others. I like to pass on my knowledge and that’s why I started teaching the Power Electronics lecture to bachelor students at the Baden- Wuerttemberg Cooperative State University.“ Michael Basler unterrichtet an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) teaches at the Baden-Wuerttemberg Cooperative State University 92

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Abschlussarbeiten Theses Dissertationen Doctoral Theses » Das Kernthema meiner Doktorarbeit ist die Erforschung hochkompakter Schaltungskonzepte für neuartige Leistungsverstärker als Schlüssel- komponente für zukünftige drahtlose THz-Kom- munikationssysteme. Besonders faszinierend an dieser Arbeit war für mich die Möglichkeit, mit weltweit einzigartigen Hochfrequenztransisto- ren und Technologien an hochkomplexen und integrierten Schaltungen zu forschen.« Dr. Laurenz John Projektleiter am Fraunhofer IAF Johannes Anzt AlGaN / GaN-basierte ionenselektive Feldeffekttransistoren zur ph-Wert-Messung in nichtwässrigen Lösungen , Universität Freiburg Christian Zech Untersuchung von Rauscheinflüssen auf die präzise Abstands- bestimmung von mmW FMCW-Radaren im Nahbereich, Universität Freiburg Anli Ding Surface acoustic wave devices based on c-plane and a-plane AlScN, Universität Freiburg Philipp Döring Experimental evaluation of the device design and process technology of the current aperture vertical electron transistor for power electronics applications, Universität Freiburg Laurenz John Integrated Sub-Millimeter-Wave High-Power Amplifiers in Advanced InGaAs-Channel HEMT Technology, Karlsruher Institut für Technologie KIT Andreas Zibold Langlebige LED-Beleuchtung für raue Umgebungen mit elektrolytfreiem Treiber durch Oberwelleneinfügung, Universität Freiburg Masterarbeiten Master Theses Carlos Alvardo Investigation of a Low-Cost Metallization for Highly Efficient III-V/Si Tandem Cells, Universität Freiburg Tobias Kemmer Reliability and Degradation Mechanisms of GaN High Electron Mobility Transistors with Short Gate Length, Universität Freiburg Marc Johannes Aslan Entwicklung und Integration eines industrietauglichen, modu- laren Embedded Systems zur Ansteuerung und Auswertung verschiedener Holographie-Sensorfamilien, Universität Freiburg Florian Maier Untersuchungen von Leistungsverstärkern für hochdynamische Plasmalasten, Universität Freiburg Stefan Mönch Switching Characteristics of Integrated GaN-on-Si Half-Bridge and Driver Circuits, Universität Stuttgart Philipp Neininger Power Combining Solutions for High-Power GaN MMIC at mm- Wave Frequencies, Karlsruher Institut für Technologie KIT Christina Maurette Blasini Investigation of a mHEMT based Millimeter-Wave True-Time Delay, Universität Freiburg Jan Braun Entwurf und Charakterisierung einer Stromsensorik für 48 V GaN-Traktionsinverter, Universität Freiburg Aaron Ensslin Nitrogen-Vacancy Center Spin Manipulation for Quantum Magnetometry by Magnetic Nanoparticles, Karlsruher Institut für Technologie KIT 94

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Organigramm Organigram Lukas Kübler Marketing & Communications & -261 Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher Director (until 06/30/2022) Prof. Dr. Rüdiger Quay Division Director Business Units & -410 Dr. Sébastien Chartier High Frequency Electronicss & -446 Dr. Michael Mikulla Power Electronics & -267 Dr. Robert Rehm Photodetectors & -353 Dr. Ralf Ostendorf Semiconductor Lasers and Quantum Systems (acting) & -638 Kontakt / Contact Sie erreichen uns per E-Mail unter Vorname.Nachname@iaf.fraunhofer.de Contact us via e­mail at first name.surname@iaf.fraunhofer.de & +49 761 5159 + Durchwahl / direct dial 96

Fraunhofer IAF 2021 / 2022 Arbeiten am Fraunhofer IAF Working@IAF Ob Sie während des Studiums, zum Berufsanfang oder mit wertvoller Berufserfahrung bei uns einsteigen – das Fraunhofer IAF bietet Ihnen viel- fältige und spannende Aufgaben in wissenschaftlichen, technischen und administrativen Berufen. Whether you join us during your studies, as a young professional or with valuable work experience — Fraunhofer IAF offers you a wide range of exciting careers in science, technology and administration. Das erwartet Sie: What we offer: Ein modern ausgestattetes und international geprägtes Arbeitsumfeld A working environment with state-of- the-art equipment and an international ambience Enge Kontakte zur Industrie und zu öffentlichen Auftraggebern Close contacts with industry and public bodies Eigenverantwortliches Arbeiten und kreatives Mitgestalten Independent work with creative involvement Persönliche Entwicklungs möglichkeiten durch Weiterbildungsmaßnahmen Personal development opportunities through training programs Vereinbarkeit von Familie und Beruf, z. B. durch ein Mit-Kind-Büro Family-friendly environment, e.g. a parent-child office Wöchentliche Sportangebote zum Ausgleich und zur Fitness Weekly sporting activities for work-life balance and fitness 98 » Es ist sehr spannend, Quantentechnologien zur Anwendung zu bringen.« “It is very exciting to bring quantum technologies to application.“ Niklas Mathes wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Quantensensorik » Am Fraunhofer IAF treffen anspruchs - volle Aufgaben auf eine kollegiale Arbeitsatmosphäre. Diese Mischung macht Spaß.« “At Fraunhofer IAF, challenging tasks meet a collegial working atmosphere. This mix is fun.“ Armin Müller Mitarbeiter Marketing und Kommunikation

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6G Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF entwickelt elektronische und optoelektronische Bau- elemente und Schaltungen auf Basis von Verbindungshalb- leitern. Das Institut zählt zu den führenden Forschungsein- richtungen weltweit auf dem Gebiet der III/V-Halbleiter. Unsere Technologien werden in unterschiedlichen Bereichen wie Sicherheit, Energie, Kommunikation, Gesundheit und Mobilität eingesetzt. The Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF develops electronic and optoelectronic devices and circuits on the basis of compound semiconductors. The institute is one of the leading research facilities in the area of III-V semiconductors. Our technologies are used in a variety of areas such as security, energy conversion, communication, health and mobility.