Kryogene Messtechnik für ultrarauscharme Elektronik

Ein Kryo-on-Wafer-Messplatz, der Charakterisierungen von Wafern bei extrem niedrigen Temperaturen ermöglicht.
© Fraunhofer IAF
Ein Kryo-on-Wafer-Messplatz, der Charakterisierungen von Wafern bei extrem niedrigen Temperaturen ermöglicht.

Das Fraunhofer IAF entwickelt ultrarauscharme und kompakte Hochfrequenzelektronik, unter anderen für den Einsatz in der Weltraumkommunikation, Klima- und Erdbeobachtung aus dem All und im Quantencomputing. Elektronik in Quantencomputern, 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-Messungen sowie Streuparameter- und Rauschtemperaturmessungen von kryogen gekühlten Einzelbauelementen und integrierten Schaltkreisen innerhalb einer Kryokammer bis zu Temperaturen von 2 K (ca. -271 °C). Das Institut bringt seine Expertise der kryogenen Messtechnik, dem Design von Tieftemperatur-Schaltungen sowie Verstärkern unter anderem in den EU-Projekten »Sequence« und »MATq« sowie den vom BMBF geförderten Projekten »MUNIQC-SC« und »qBriqs« ein.

Neuartiger kryogener On-Wafer-Prober

Das Fraunhofer IAF nimmt europaweit bereits eine gute Position im Bereich der charakterisierenden Messverfahren festkörperbasierter Qubits bei Tieftemperaturen ein und baut seine Kompetenz weiter aus: Mit Unterstützung des BMBF schafft das Institut einen neuartigen On-Wafer-Prober an, der mehr als 200 Bauelemente gleichzeitig bei Qubit-Betriebstemperaturen von unter 2 K charakterisieren kann.

Ab 2022 wollen Forschende des Fraunhofer IAF damit erstmals in Europa statistische Daten zur Varianz von Qubits vorlegen, die mit unterschiedlichen Halbleitertechnologien erzeugt werden. Die zu gewinnenden Daten sind essenziell für den Aufbau einer europäischen Wertschöpfungskette industriell fertigbarer Quantencomputer auf Festkörperbasis.