productronica 2017

•••3••• Interview Verstärker fürMobilfunk der Zukunft – 5G DIEMESSE im Gespräch mit Prof. Dr. Günther Tränkle, Ferdinand-Braun-Institut (FBH) Das Ferdinand-Braun-Institut, Leib- niz-Institut für Höchstfrequenz- technik (FBH), ist auf der Messe Productronica in Halle B2, Stand 317 zu finden. Sie sind an einem Gemeinschaftsstand der vom Bun- desministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsfabrik Mikroelektro- nik Deutschland (FMD) und stellen dort gemeinsam mit den Partnern aus dem Fraunhofer Verbund Mik- roelektronik und dem Leibniz-Insti- tut IHP aus. Welche Schwerpunkte setzen Sie in München? Wir kommen mit zwei Highlights aus unserem Forschungsbereich III/V-Elektronik nach München. Das sind zum einen heteroin- tegrierte Chips für Terahertz- Anwendungen, die die Vorteile zweier Technologiewelten auf Chipebene vereinen: die hohen Ausgangsleistungen von Indium- phosphid mit der Komplexität der Siliziumtechnologie. Sie sind das Ergebnis einer Kooperation mit einem auf Silizium speziali- sierten Leibniz-Institut, dem IHP, und damit ein exzellentes Beispiel für die Möglichkeiten im Rahmen der Forschungsfabrik FMD. Zum anderen präsentieren wir digitale Leistungsverstärker, die ef- fizientes Leistungsmanage- ment und hohe Flexibilität verbinden und die Digita- lisierung in der drahtlosen Infrastruktur vorantreiben. Das FBH in Berlin arbeitet seit Jahren an der Entwick- lung hochleistungsfähiger Halbleitertechnologie, die den Sub-Terahertz-Frequenz- bereich nutzt und so das zunehmende Datenaufkom- men bewältigen kann. Dazu informieren Sie auch auf der Productronica. Was ist das Besondere an dieser Tech- nologie und welche Anwen- dungsgebiete gibt es? Das besondere Merkmal der III-V-Halbleitertechnologie ist, dass man damit auch bei ho- hen Frequenzen noch relativ gro- ße Ausgangsleistungen erreichen kann. Das liegt an der im Vergleich zu Silizium-Bauelementen höhe- ren Durchbruchspannung, die beispielsweise für die von uns ver- wendeten InP-Heterobipolartran- sistoren (InP-HBTs) bei Grenzfre- quenzen von über 500 GHz (fmax) noch oberhalb von vier V liegen. Im Rahmen der Forschungsfab- rik Mikroelektronik Deutschland wird eine Prozesslinie aufgebaut, um diese InP-Schaltkreiswafer im industriellen Qualitätsmaßstab herzustellen. Neben der Daten- übertragung liegen die Hauptein- satzbereiche für diese Technolo- gie in der Materialprüfung, in der Sicherheitstechnik, zum Beispiel bei Personen- und Gepäckkontrol- len, sowie der hochauflösenden Radartechnik für präzise Robotik- Anwendungen. Ihr Institut hat auch digitale Leis- tungsverstärker für den zukünf- tigen Mobilfunkstandard 5G entwickelt, die inzwischen eine zu- friedenstellende Gesamteffizienz aufweisen. Warum stellt diese Technik für den 5G-Standard eine Verbesserung dar? Der künftige Mobilfunk- Standard 5G beinhaltet ei- ne Vielzahl von technischen Neuerungen gegenüber den derzeitigen Generationen. Dazu zählt die starke Zunah- me der Basis-Stationen und die Anforderung, diese fle- xibel einsetzen zu können. Das lässt sich durch eine Erhöhung des Anteils von digitalen Komponenten er- reichen. Im Fokus stehen dabei die Leistungsverstär- ker, da diese die Effizienz des Gesamtsystems und da- mit auch die Betriebskosten dominieren. Bislang werden für unter- schiedliche Kommunika- tionsstandards und Fre- quenzen jeweils eigene Module benötigt. Das FBH entwickelt seit einigen Jahren neue digitale Ver- stärkerarchitekturen, die ein ef- fizientes Leistungsmanagement mit hoher Flexibilität verbinden. Langfristiges Ziel ist der komplett digital realisierte Transmitter, bei dem ein Chip alle Frequenzbän- der bedienen kann. Ergänzend untersucht das FBH leistungsfä- hige Modulations- beziehungs- weise Kodierungsverfahren, die die Eigenschaften von digitalen Verstärkern entscheidend beein- flussen. Das FBH hat dazu einen neuartigen Modulator entwickelt, der sich mit gängigen Digitalbau- steinen realisieren lässt und Sig- nale nach den verschiedensten Modulationsverfahren erzeugen kann. Welche weiteren Neuheiten zeigen Sie auf der Productronica? Wir zeigen einen Chip einer Terahertz-Kamera, wie sie zum Beispiel bei der industriellen Qualitätskontrolle oder in der Spektroskopie benötigt wird. Das Besondere daran ist, dass die Einzeldetektoren auf plasmo- nischen Effekten basieren. Sie bestehen aus Transistoren, die direkt in die Empfangsantennen integriert sind. Die Transistoren können Signale im Bereich um ein THz detektieren, obwohl sie mit einem Halbleiterprozess realisiert werden, der nur ein Zehntel dieser Frequenz erreicht. Eine weitere Neuheit ist ein Fo- todetektor, bei dem die Emp- fangsdiode direkt mit einem ultra-breitbandigen InP-Transim- pedanzverstärker integriert ist und der deshalb besonders hohe Datenraten verarbeiten kann. Das ist ein Thema, das wir im Rahmen der FMD gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut HHI verfolgen. Die Productronica gilt als Leis- tungsschau der Branche. Auf wel- che Innovationen sind Sie per- sönlich in diesem Jahr besonders gespannt? Für das Ferdinand-Braun-Insti- tut ist es der erste Besuch der Productronica, gemeinsam mit unseren Partnern aus der For- schungsfabrik Mikroelektronik Deutschland. Wir sind daher be- sonders neugierig, wie die Besu- cher auf unser Angebot reagie- ren. Außerdem sind wir gespannt, welche neuen Tools für unsere Forschungsgebiete vorgestellt werden. Im Wesentlichen geht es dabei um Equipment für die Halbleiterprozessierung und um hochfrequente elektrische Mess- technik. Herr Prof. Tränkle, vielen Dank für das Gespräch. Materialprüfer, Personenkon- trolleure und Entwickler von Robotik-Anwendungen dürfen sich freuen: Am Berliner Ferdi- nand-Braun-Institut, Leibniz-Ins- titut für Höchstfrequenztechnik (FBH), arbeiten Wissenschaftler seit Jahren fieberhaft an Hoch- leistungschips, die das in vielen Bereichen zunehmende Daten- volumen schultern können. Die Forschungsergebnisse sind auf der Productronica zu bestau- nen. Für den zukünftigen Mobil- funkstandard 5G zeigt das FBH zudem Verbesserungen, die „die Digitalisierung in der drahtlosen Infrastruktur vorantreiben“. Prof. Dr. Günther Tränkle, Direk- tor des FBH, erklärt im Gespräch mit DIEMESSE , worum es sich dabei genau dreht und worauf er selbst gespannt ist. Prof. Dr. Günther Tränkle, Direktor des Ferdinand-Braun- Instituts, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) Foto: FBH / Katja Bilo Chips für den Terahertzbereich Fotodetektor mit hoher Datenrate Heterointegrierte Schaltkreise, die die Vorteile zweier Technologiewelten miteinander ver- binden: hohe Ausgangsleistungen von Indiumphosphid und die Komplexität der Silizium- technologie Foto: FBH / schurian.com