Pressemitteilungen

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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