Jahresbericht Fraunhofer IAF 2025-26

1

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Driving Hightech Jahresbericht 2025 / 2026

2

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes »Driving Hightech« steht für uns dafür, mit exzellenter Forschung an III-V-Halbleitern und diamantbasierten Quantentechnologien die nächste Generation elektronischer, optoelektronischer und quanten- basierter Systeme zu ermöglichen. Damit schaffen wir die techno- logischen Grundlagen für anspruchsvolle industrielle Anwendungen und stärken zugleich die Wettbewerbsfähigkeit und technologische Souveränität Deutschlands. Als Teil der Hightech Agenda Deutschland treiben wir Schlüsseltech- nologien voran, die Innovation, Resilienz und nachhaltiges Wachstum in Wirtschaft und Gesellschaft sichern. Mit unserem breit aufgestell- ten Forschungsportfolio leisten wir in fünf von sechs Schlüsseltech- nologien substanzielle Beiträge und entwickeln zukunftsweisende Lösungen in den Bereichen Künstliche Intelligenz, Mikroelektronik, Quantentechnologien, Fusion und klimaneutrale Energieerzeugung sowie Technologien für die klimaneutrale Mobilität.

3

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes 1

4

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Vorwort Liebe Freunde und Partner des Fraunhofer IAF, unser Anspruch ist es, als treibende Kraft hinter den Spitzentechnolo- gien von morgen zu stehen, diese aktiv in die Anwendung zu bringen und so die Wettbewerbsfähigkeit und technologische Souveränität Deutschlands und Europas zu stärken. Mit unserer Forschung im Bereich der III-V-Halbleiter und der diamantbasierten Quantentechno- logien leisten wir bereits einen essenziellen Beitrag zu den Schlüs- seltechnologien und strategischen Forschungsfeldern der Hightech Agenda Deutschland. Für die Zukunft des Fraunhofer IAF gilt es, unsere Forschung gezielt auszurichten, um agil und vorausschauend angesichts neuer Chancen und Entwicklungen handeln zu können. Diese strategische Ausrichtung auf Zukunftsthemen zeigt sich auch in unseren neuen Aktivitäten: In Heilbronn bauen wir ein Forschungs- zentrum und Ökosystem für KI-basiertes Chipdesign und KI-Hardware auf, wir treiben mit Pilotlinien wie der APECS die europäische Souve- ränität voran und entwickeln Technologien für die Energieversorgung von morgen – etwa zur Nutzung der Fusionsenergie. Zudem haben wir im vergangenen Jahr unsere Forschungsagenda geschärft – mit klarem Fokus auf wissenschaftliche Exzellenz und unsere Kern- kompetenzen. In diesem Jahresbericht präsentieren wir Ihnen dazu unsere Geschäftsfelder sowie ausgewählte Highlight-Projekte und -Ergebnisse. Driving Hightech heißt für uns auch, den Forschungstransfer in die Industrie aktiv zu stärken. Als Brücke zwischen Grundlagenforschung und Anwendung bieten wir Unternehmen einen niederschwelligen Zugang zu neuen Technologien – etwa mit dem etablierten »Kom- petenzzentrum Quantencomputing Baden-Württemberg« (KQCBW) sowie unserem neuen Test- und Beratungszentrum für Quantencom- puting INQUBATOR oder durch die Unterstützung von Start-ups wie Quantum Brilliance und Quantum Diamonds mit maßgeschneiderten Diamantmaterialien. So blicken wir zurück auf ein Jahr, in dem sich unsere strategische Ausrichtung in vielen Facetten bewährt hat. Wir sehen große Chan- cen für die Positionierung im europäischen Forschungsraum und sind entschlossen, sie mit wissenschaftlicher Exzellenz und unserem Forschungs-Know-how maßgeblich voranzubringen. 2

5

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes »Für uns am Fraunhofer IAF gilt es, unsere Forschung gezielt auszurichten, um agil und vorausschauend handeln zu können.« Prof. Dr. Rüdiger Quay Dr. Patricie Merkert 3

6

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 6 KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Kernkompetenzen schärfen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 20 Geschäftsfeld Hochfrequenzelektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Mehr Funktionen pro Chip: Vierpoliger HEMT-on-Silicon mit integrierter Logik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Geschäftsfeld Leistungselektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Fortschrittliche Hochvolttechnologie für Radar und Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Geschäftsfeld Optoelektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ECOSYSTEM – eine europäische Lieferkette für T2SL-basierte IR-Detektortechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Geschäftsfeld Quantenbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Diamant-Laser-Sensor steigert Magnetfeld messung um mehr als das 520-Fache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Geschäftsfeld Quantensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Mit logischen Qubits zu fehlertoleranten Quantencomputern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4

7

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Industrietransfer stärken � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 42 INQUBATOR – Quantencomputing-Test- und Beratungszentrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Highlights 2025 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 50 Wissenswertes � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 54 Das Institut im Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Kuratorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Patente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Abschlussarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Lehraufträge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5

8

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Schlüsseltechnologien vorantreiben Künstliche Intelligenz, Quantentechnologien, autonome Systeme und Fusionsenergie gehören zu den Schlüsseltech- nologien, die unsere Industrie, Gesellschaft und geopoliti- schen Machtverhältnisse in einem noch nie dagewesenen Tempo verändern. Diese Hightech-Entwicklungen frühzeitig zu erkennen, voranzutreiben und aktiv mitzugestalten, ist entscheidend für Wohlstand, Sicherheit und technologische Souveränität. Aus diesem Grund treiben wir Schlüsseltechnologien wie das Chip- design für und mit Künstlicher Intelligenz voran, entwickeln Pilotlinien, um Entwicklungen zu beschleunigen und schneller zur Marktreife zu bringen, erforschen Basistechnologien für die Fusion – eine zentrale Energiequelle von morgen – und ebnen den Weg für Quantentechno- logien 3.0. Im Zentrum steht dabei stets der Transfer von Forschung in die Anwendung – für eine starke Industrie und einen zukunftsfähigen Wirtschaftsstandort Deutschland. 6

9

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technolo- gien von morgen Pilotlinien und Advan- ced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusions- kraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch 7

10

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Künstliche Intelligenz und Halbleitertechnologie wachsen rasant zusammen – mit tiefgreifenden Auswirkungen auf Wertschöpfung, Wettbewerbsfähigkeit und technologische Souveränität. Leistungsfähige KI-Anwendungen benötigen spezialisierte Chips, während KI selbst neue Wege eröffnet, diese Chips effizienter zu entwerfen. An dieser Schnittstelle setzt das Fraunhofer IAF strategisch an. Mit dem langfristig angelegten Forschungs- und Innovationszentrum (FIZ) Chip AI und dem Landesprojekt FRAUKE (»Fraunhofer KI-Ent- wurf«) baut das Fraunhofer IAF in Heilbronn ein neues Kompetenz- und Ökosystem für KI-basiertes Chipdesign und KI-Hardware in enger Zusammenarbeit mit Forschungs- und Industriepartnern auf. FIZ Chip AI: Effizientes KI-Chipdesign und ein starkes Innovationsökosystem Ab 2026 entsteht in Heilbronn im Rahmen der HNFIZ das FIZ Chip AI – ein gemeinsames Forschungs- und Innovationszentrum des Fraun- hofer IAF und des Fraunhofer IIS, gefördert durch die Dieter Schwarz Stiftung. Im Zentrum stehen zwei eng miteinander verknüpfte Perspektiven: Zum einen werden KI-Methoden für das Chipdesign eingesetzt, um komplexe Entwurfsprozesse zu automatisieren, Ent- wicklungszeiten zu verkürzen und die Qualität sowie Effizienz von CMOS-Schaltungen (Complementary metal-oxide-semiconductor), die eine zentrale Funktion in KI-Systemen haben, nachhaltig zu ver- bessern. Zum anderen werden spezialisierte Hardware-Architekturen entwickelt, die KI-Algorithmen besonders energieeffizient und robust ausführen – von klassischen KI-Beschleunigern bis hin zu neuromor- phen Systemen. Im FIZ Chip AI entwickelt das Fraunhofer IAF CMOS-basierte KI-Chips und KI-gestützte Entwurfsprozesse, um manuelle Designschritte zu automatisieren und neue Strategien für IP-Schutz, Verifizierung und Zertifizierung insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen in Mobilität, Robotik und Luft- und Raumfahrt zu schaffen. CMOS erweist sich dabei als besonders geeignete Technologie, da sie eine hochintegrierte, energieeffiziente und kosteneffiziente Realisierung komplexer Schaltungen ermöglicht und sich nahtlos in etablierte industrielle Fertigungsprozesse integrieren lässt. Das Fraunhofer IIS ergänzt dies durch neuromorphe Hardware auf Basis von 8

11

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes

12

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Spiking Neural Networks, die besonders energieeffiziente Echtzeit-KI direkt auf Endgeräten ermöglichen. So entsteht eine durchgängige Wertschöpfungskette von der Konzeptentwicklung über KI-basiertes Design bis zu Hardware-Demonstratoren. FRAUKE: Landesprojekt als Wegbereiter Das Landesprojekt FRAUKE fungiert als Wegbereiter für das ent- stehende Ökosystem in Heilbronn. Gemeinsam mit der Universität Stuttgart und IMS CHIPS arbeitet das Fraunhofer IAF an KI-gestützten, effizienteren Designprozessen für komplexe CMOS-Schaltungen. Das vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Würt- temberg über zwei Jahre geförderte Projekt schafft technologische und methodische Grundlagen, die in zukünftigen Projekten und im FIZ Chip AI weitergeführt und skaliert werden. Gleichzeitig stößt das Projekt die Ansiedlung einer Arbeitsgruppe des Fraunhofer IAF am Innovationspark Künstliche Intelligenz (IPAI) in Heilbronn an und stärkt ein vernetztes Ökosystem, das regionale und nationale Partner – von microTec Südwest, imec Germany, Hahn-Schickard und KIT über die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland bis hin zu weiteren Fraunhofer-FIZ und Landesprojekten wie »Chip Connect BW« – ent- lang der gesamten Wertschöpfungskette von Design bis (Sub-)System- integration einbindet. Heilbronn als Knotenpunkt für KI und Mikroelektronik Mit seinen jüngst gestarteten Aktivitäten in Heilbronn verfolgt das Fraunhofer IAF eine klare Strategie: Der Standort soll sich zu einem Knotenpunkt für KI-basiertes CMOS-Design und KI-Hardware entwickeln. Dabei ergänzen sich die Etablierung eines Fraunhofer Forschungs- und Innovationszentrums und eines Landesprojekts. 10

13

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes CMOS-basierte Halbleiterchips bilden die Grundlage von KI-Systemen, da sie hohe Rechenleistung mit Energie- effizienz und großer Integrationsdichte verbinden. Video: KI-Chipdesign am Fraunhofer IAF Interaktive Infoseite: KI-Chipdesign am Fraunhofer IAF Gemeinsam bilden die beiden Maßnahmen des Fraunhofer IAF den Startpunkt für die Etablierung eines Ökosystems, das Forschung, Industrie, Mittelstand und Start-ups zusammenbringt und in dem wichtigen Technologiefeld befähigt. Mit FIZ Chip AI und dem Landesprojekt FRAUKE setzt das Fraunhofer IAF in Heilbronn einen strategischen Schwerpunkt, der sich nahtlos in die nationale und europäische Halbleiter- und KI-Politik, den Ausbau der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland sowie die europäische Verankerung kritischer Zukunftstechnologien einfügt. In den kommenden Jahren stehen der Aufbau der Infrastruktur des FIZ Chip AI, der erfolgreiche Abschluss von FRAUKE mit Überführung der Ergebnisse in Folgeprojekte, die Gewinnung weiterer Industriepartner sowie die Stärkung von Ausbildung, Qualifizierung und Gründungen in Heilbronn im Fokus. Schritt für Schritt entsteht so ein Ökosystem, in dem KI-basierter CMOS-Entwurf und spezialisierte KI-Hardware gemeinsam mit Partnern entwickelt und in die Praxis überführt werden – als wichtiger Baustein für die Zukunftsfähigkeit Baden- Württembergs, Deutschlands und Europas im globalen Wettbewerb um KI- und Halbleitertechnologien. 11

14

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Das Fraunhofer IAF engagiert sich umfangreich beim Aufbau europäischer Pilotlinien für Mikroelektronik, Optoelektronik und Quantentechnologien. Darüber hinaus betreibt das Ins- titut seit Jahren Advanced Prototyping, unter anderem für die europäische Raumfahrt. Mit diesem Engagement, das in Umfang und der thematischen Breite beispiellos ist, nimmt es eine Vorreiterrolle ein und leistet einen wichtigen Beitrag zum Aufbau resilienter technologischer Infrastruktur und Lieferketten in Europa. Mit Initiativen wie dem European Chips Act, Horizon Europe und dem Quantum Flagship investiert die EU gezielt in Pilotlinien für Mikro- elektronik und Quantentechnologien – und das mit einem klaren Ziel: technologische Unabhängigkeit und Souveränität in strategisch wichtigen Bereichen zu sichern. Im Fokus steht dabei, die europäische Chip-Industrie zu stärken, Innovationen schneller voranzutreiben und den Weg von ersten Prototypen bis zur Serienproduktion zu ebnen. Die hochmodernen Pilotlinien zielen darauf ab, den Zugang für Indust- rieunternehmen, KMU und Start-ups zu fortschrittlichen Technologien mit den zugehörigen Design- und Testkompetenzen aufzubauen. Starkes Engagement in den Pilotlinien Kein anderes Fraunhofer-Institut ist in so vielen europäischen Pilot- linien aktiv wie das Fraunhofer IAF. Mit seinem Engagement und seinem starken Netzwerk bildet es eine Brücke zwischen exzellenter Grundlagenforschung und den zentralen EU-Initiativen zur technologi- schen Souveränität – allen voran dem EU Chips Act und dem Quan- tum Flagship – um so die Lücke zwischen Forschung und Industrie zu schließen. APECS Das Fraunhofer IAF bringt seine Kompetenzen in der Mikroelektronik und den Quantentechnologien vielfältig in den Pilotlinien APECS, SUPREME, SPINS und DIREQT ein und bietet der Industrie direkten Zugang zu Know-how und modernster Infrastruktur. Im Rahmen von APECS beteiligt sich das Institut beispielsweise an der Entwicklung neuartiger InGaAs-auf-Si- und GaN-auf-SiC-Chiplets für Hochfrequenzanwendungen sowie Microbump-Interposer. Diese Technologien eignen sich aufgrund herausragender Werte in zentralen Parametern wie Rauschen, Ausgangsleistung und Effizienz besonders gut für Hochfrequenzanwendungen und versprechen Innovationen 12

15

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut erweitert seine Produktionskapazitäten auf 6-Zoll-Wafer, um den Transfer in die Industrie zu erleichtern und die Qualität der Fertigung zu verbessern.

16

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes in der Messtechnik, Kommunikation, Radartechnik und Sensorik. Zudem treibt das Fraunhofer IAF die Umstellung der Fertigung auf industrietaugliche Wafergrößen voran. Diese Maßnahmen erleichtern den Transfer neuer Technologien in skalierbare, marktfähige Lösungen. SUPREME und SPINS Ein weiteres Beispiel ist die kryogene Messtechnik, die in den Pilot- linien SUPREME und SPINS zum Tragen kommt. Bereits jetzt nimmt das Fraunhofer IAF europaweit eine herausragende Position im Bereich der charakterisierenden Messverfahren festkörperbasierter Quantenbauelemente bei Tieftemperaturen ein und baut seine Kom- petenz dahingehend weiter aus. Neben dem umfangreichen Wissen über Charakterisierungsmethoden für Halbleiterbauelemente für FuE-Zwecke bis hin zu industriellen Tests von 150-mm- bis 300-mm- Wafern ist das Fraunhofer IAF einer der wenigen europäischen Anbie- ter eines solchen Tieftemperatur-Testaufbaus bei unter 2K. DIREQT DIREQT steht für »Diamond for Industry Ready Quantum Technolo- gies« und etabliert eine Pilotlinie für Quantentechnologien auf Basis von synthetischem Einkristall-Diamant. Aufbauend auf bestehenden Innovationen werden fortgeschrittene Quantum Process Design Kits entwickelt, um eine robuste, stabile und skalierbare Produktion von Quanten-Chips zu ermöglichen. Das DIREQT-Konsortium vereint 13 RTOs, acht Universitäten, neun Unternehmen und eine gemeinnüt- zige Organisation und deckt die gesamte Diamant-Wertschöpfungs- kette ab. Das Fraunhofer IAF trägt dazu bei durch die Optimierung des Wachs- tums von Diamantfilmen mit einzelnen NV-Zentren, die Unterstüt- zung der Projektpartner bei der waferskaligen Diamant-Epitaxie sowie den Test von heteroepitaktisch gewachsenem Diamant für Quantenanwendungen. Der Arctic Weather Satellite sammelt genaue Wetterdaten, um globale Vorhersagen sowie Klimabeobachtungen zu verbessern. 14

17

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Advanced Prototyping für die ESA Das Fraunhofer IAF gehört seit mehr als einem Jahrzehnt zu den ausgewählten Partnern der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). 2013 flog bereits im Mini-Satelliten Proba-V erstmals ein europäisches Mikrowellenbauteil auf Galliumnitrid-Basis ins All: Der am Fraunhofer IAF entwickelte Verstärker bewies, dass sich das Halbleitermaterial für den Einsatz im Weltraum eignet. Seitdem hat das Fraunhofer IAF zahlreiche Leistungs- oder Hochfrequenzverstärker für den Einsatz in Satelliten für die ESA realisiert, den Hauptteil bilden leistungsstarke wie robuste Halbleiterkomponenten auf Basis der Materialsysteme Galliumnitrid (GaN) und Indiumgalliumarsenid (InGaAs). Aktuell arbeiten die Forschenden im Projekt Magellan an hocheffi- zienten Millimeterwellen-GaN-Hochleistungsverstärkern für GEO- und LEO-Aktivantennen. Dafür haben sie eine GaN-Transistortechnologie mit 70 nm Gatelänge entwickelt, die unter satellitentypischen Bedin- gungen Rekordwirkungsgrade erzielt. Diese Technologie soll künftig kompakte Aktivantennen für hochbitratige Datentransfers im Ka-, Q- und W-Band ermöglichen und so den Aufbau lückenloser, resilien- ter globaler Kommunikationsnetze mit High-Throughput-Satelliten unterstützen. Auch der Arctic Weather Satellite der ESA mit vier LNA-Modulen des Fraunhofer IAF an Bord befindet sich aktuell in der polaren Umlauf- bahn auf einer Testmission und sammelt hochauflösende Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten der Arktis. Dies ist nur eine kleine Auswahl an Beispielen, wie das Fraunhofer IAF mit Advanced Prototyping und seinen Testkapazitäten die europäische Raumfahrt vorantreibt. Europäische Pilotlinien: Resiliente Halbleiterwert- schöpfungsketten und niederschwelliger Zugang Europäische Pilotlinien bieten großen Industrieunter- nehmen, KMU und Start-ups einen direkten Zugang zu europäischen und nationalen Produktionskapazitäten von Spitzentechnologien. Sie bilden die Brücke zwischen exzellenter Forschung und industrieller Anwendung und ermöglichen es, neue Mikro- elektronik-Technologien unter realistischen Produktions- bedingungen zu entwickeln, zu testen und zu skalieren. Beteiligung des Fraunhofer IAF an den EU-Pilotlinien APECS – Advanced Packaging and Heterogeneous Integration for Electronic Components and Systems SUPREME – Superconducting European Quantum Pilot Line SPINS – Semiconducting Pilot Line for Industrial Quantum NanoSystems DIREQT – Diamond for Industry Ready Quantum Technologies Erfahren Sie mehr über unsere Beteiligung an den europäischen Pilotlinien Video: III/V-Halbleiterepitaxie am Fraunhofer IAF 15

18

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Die Bundesregierung hat im Koalitionsvertrag das Ziel ver- ankert, die Fusionsforschung zu stärken und das weltweit erste Fusionskraftwerk in Deutschland zu errichten. Die Hightech Agenda definiert Fusion als Schlüsseltechnologie, um Deutschland zum führenden Innovationsstandort zu entwickeln. Im Rahmen des BMFTR-geförderten IFE Targetry HUB haben die Projektpartner nun wichtige Meilensteine bei der Entwicklung von Target-Technologien für die Laser- Trägheitsfusion erzielt. Trägheitsfusion. Eine ultrapräzise Kugelform, eine extrem glatte Oberfläche und perfekte Materialeigenschaften sind die Voraus- setzungen dafür, dass das Target im Fusionsexperiment komprimiert werden kann, ohne asymmetrisch zu deformieren. Derzeit kann weltweit niemand Deuterium-Tritium befüllte Targets in hinreichend hoher Stückzahl für den Einsatz in einem kommerziellen Fusionskraft- werk herstellen. Um dem Ziel eines Fusionsreaktors näherzukommen, müssen in den nächsten Jahren neuartige Fertigungskonzepte ent- wickelt werden. Das internationale Rennen um den Bau eines Fusionskraftwerks ist in vollem Gange. Das Fraunhofer IAF ist dabei maßgeblich in der Forschung zur laserbasierten Trägheitsfusion eingebunden. Bei diesem Verfahren wird eine mit Brennstoff befüllte Hohlkugel (Target) durch Laserbeschuss so stark komprimiert, dass die für Fusionsreaktionen erforderlichen Dichten und Temperaturen erreicht werden. Die Herausforderung der perfekten Targets Mit ihrem Durchmesser von 2,1 mm bzw. 1,0 mm sind die winzi- gen Diamanthohlkugeln die zentralen Elemente der laserbasierten Zu diesem Zweck haben 15 Partner aus Forschung und Industrie das Verbundprojekt IFE Targetry HUB gestartet. Unter der Leitung des Fraunhofer IAF und der Focused Energy GmbH entwickelt dieses weltweit einzigartige Konsortium Target-Technologien für die Laser- Trägheitsfusion – mit besonderem Fokus auf präzise und skalierbare Fertigungs- und Messtechnologien. Die zentrale Herausforderung besteht darin, Fusions-Targets zuverlässig, in ausreichender Menge und zu wirtschaftlichen Kosten zu produzieren. Die Ausgründung des Fraunhofer IAF, Diamond Materials, hat Targetsysteme für Produk- tionschargen von über 1.000 Einheiten entwickelt und untersucht – 16

19

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Blick in die Kammer des Diamant- reaktors von Diamond Materials, in dem die Diamantkugeln gewachsen werden. darunter die weltweit einzige Sphäre mit positivem Target-Gain, die an der National Ignition Facility des Lawrence Livermore National Labo- ratory (LLNL) eingesetzt wird und stetig verbesserte Ergebnisse liefert. Der Target-Gain beschreibt das Verhältnis zwischen der eingehenden Laserleistung und der ausgehenden Fusionsleistung des Targets; er konnte dabei erstmals als positiv demonstriert werden. In einem eigens entwickelten Reaktor wurden pro Charge 5.000 Sphären mit einer homogenen Beschichtung aus nanokristallinem Diamant (NCD) gefertigt. Siliziumkonzentration und µ-Kanalstruktur quantitativ zu erfassen. Um die Brennstoff-Befüllung der Targets mit Deuterium und Tritium in Deutschland durch das KIT umsetzen zu können, wurden am Fraun- hofer IAF zudem µ-Kanäle mittels UV-Pikosekundenlasern in Diamant- sphären gebohrt. Ein möglichst kleiner Kanaldurchmesser ist dabei entscheidend, um die Perfektion der Target-Geometrie hinreichend zu erhalten. So ist es den Forschenden gelungen, den Kanaldurchmesser weiter zu reduzieren, und zwar bereits unterhalb des Standards von 10 µm des LLNL (USA). Charakterisierung und Mikrokanal-Optimierung Das Fraunhofer IAF charakterisiert Targets mittels Sekundärionen- Massenspektrometrie (SIMS) und Computertomographie, um Mit diesen Fortschritten stärkt das IFE Targetry HUB-Konsortium Deutschlands Position im internationalen Wettbewerb um die kom- merzielle Fusionsenergie. 17

20

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Das Kompetenzzentrum Quantencomputing Baden-Würt- temberg hat seine Transferphase erfolgreich abgeschlossen und startet mit einem starken Konsortium in die nächste Förderphase. Im Mittelpunkt stehen konkrete Industrie- kooperationen und praxisnahe Anwendungsfälle – von der Wirkstoffentwicklung bis zur Energiewirtschaft. Das Kompetenzzentrum Quantencomputing Baden-Württemberg (KQCBW), geleitet vom Fraunhofer IAF und dem Fraunhofer IAO, bün- delt die Kompetenzen führender Forschungseinrichtungen und Unter- nehmen des Landes, um Quantencomputing gezielt in die industrielle Praxis zu überführen. Als eines der etabliertesten Quantencomputing- Netzwerke Deutschlands adressiert das Zentrum die für das Land zent- ralen Branchen – von Automobil und Maschinenbau über Chemie und Medizintechnik bis hin zu Finanzwesen und Logistik. 13 assoziierte Industriepartner. Die Forschung gliedert sich in sechs Fokusfelder: KQCBW Quantum Cloud, Hardware-Benchmarking, Fehlermitigation und Quantenfehlerkorrektur, Algorithmen für Quan- tenchemie und Materialwissenschaft, Analyse wirtschaftsrelevanter Anwendungen sowie zielgruppenspezifischer Wissenstransfer. Das übergeordnete Ziel von KQCBW ist es, Unternehmen in Baden- Württemberg zu befähigen, die Potenziale des Quantencomputings zu erkennen und gezielt zu nutzen. Hierfür plant das Konsortium zum einen die Bereitstellung von Demonstratoren für vereinfachte Anwen- dungsfälle, zum anderen die Identifikation und Weiterentwicklung von Algorithmen mit vielversprechenden frühen Einsatzmöglichkeiten – insbesondere in den Bereichen Quantenchemie und Quantensimu- lation. Ergänzend dazu wird der Zugang zu in Baden-Württemberg entwickelter Quantenhardware ermöglicht. Neue Phase – stärkere Industrieanbindung Im Sommer 2025 startete das KQCBW in seine neue Förderphase mit einem Budget von bis zu 20 Millionen Euro für die Jahre 2024 bis 2028. Das Konsortium umfasst nun 16 Forschungspartner und Anwendung im Fokus Die Bandbreite der bearbeiteten Anwendungsfälle verdeutlicht die konsequent industrielle Ausrichtung der neuen Phase. Die Simulation von NMR-Spektren (Nuclear Magnetic Resonance) unterstützt die 18

21

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben KI für Chips, Chips für KI: KI-Chip-Technologien von morgen Pilotlinien und Advanced Prototyping für Europa Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zum Fusionskraftwerk Quantencomputing für die Industrie von morgen: KQCBW startet weiter durch Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes chemische Probenanalyse mit Benchtop-Geräten. Die Berechnung der Greenschen Funktion mit Quantenalgorithmen eröffnet neue Wege für die Entwicklung funktioneller Materialien – etwa für Katalysatoren und Batterien. Fehlertolerante molekulare Simulationen ermöglichen die Berechnung molekularer Eigenschaften für die pharmazeutische Wirkstoffentwicklung, während quantengestützte Lösungsverfahren für partielle Differenzialgleichungen direkte Anwendung in der Ener- giewirtschaft finden – beispielsweise bei der Berechnung von Windan- lagen-Verschattung. Ergänzt wird das Portfolio durch die Entwicklung von Kontrollhardware für diamantbasierte Qubit-Systeme und die Anbindung der KQCBW-Demonstratorplattform an die PlanQK-Infra- struktur für transparentes Benchmarking. Kompetenzaufbau für die Quantenzukunft Begleitend zur Forschung setzt das KQCBW auf gezielten Wissens- transfer. Mit praxisnahen Trainingsformaten – vom eintägigen Einstiegsseminar QC Compact bis zum dreitägigen Quantum Compu- ting Industry Training – werden Fachkräfte aus Industrie, Forschung und Politik auf den Einsatz von Quantencomputing vorbereitet. So wird das KQCBW nicht nur zum Forschungsmotor, sondern auch zum Kompetenzmultiplikator für den Quantentechnologiestandort Baden-Württemberg. 19

22

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Kernkompetenzen schärfen Von III-V-Halbleitern für Elektronik und Optoelektronik bis hin zu diamantbasierten Quantentechnologien – das Fraunhofer IAF steht für ein breit aufgestelltes Forschungs- profil. Dabei deckt das Institut die gesamte Wertschöp- fungskette ab: von Design und Materialentwicklung über Bauelemente und Module bis hin zu kompletten Systemen. Ebenso vielfältig sind die Anwendungsfelder. Angesichts dieser Bandbreite an Fähigkeiten, Kompetenzen und Anwendungsfeldern ist es entscheidend, die Forschungsagenda des Instituts und der einzelnen Geschäftsfelder zu schärfen und jene Technologien zu priorisieren, die die größte technologische Wirkung und das höchste Potenzial für die Industrie bieten. Im Folgenden stellen wir Ihnen das weiterentwickelte Forschungsprofil unserer Geschäftsfelder sowie aktuell wichtige technologische Entwicklun- gen und Projekte vor. 20

23

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme 21

24

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Geschäftsfeld Hochfrequenzelektronik Unsere Mission Unser Leistungsversprechen In enger Zusammenarbeit mit unseren Partnern entwickeln und ermöglichen wir Testinstrumente der nächsten Generation, hochauflö- sende Sensorsysteme sowie Hochgeschwindigkeits-Kommunikations- subsysteme und -komponenten. Quantenbauelemente Was uns einzigartig macht Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Wir beherrschen Design, Prozessierung und Integration von Bauele- menten und Subsystemen mit extrem großer Bandbreite – über 100 GHz. Dabei erreichen unsere Komponenten weltweit die niedrigs- ten Rauschzahlen bis in den Terahertz-Bereich. Anwendungsfelder Aufbauend auf unserer langjährigen Erfahrung und ausgewiesenen Expertise bieten wir Design, Prozessierung, Integration und Charak- terisierung von MMICs sowie Modulen und Subsystemen entlang der gesamten Wertschöpfungskette an. Dadurch gewährleisten wir technologisch durchgängige und optimal abgestimmte Lösungen aus einer Hand. In enger Kooperation mit Industrie- und Forschungspartnern arbeiten wir zielorientiert daran, Innovationen termingerecht, in hoher Qualität und zu wettbewerbsfähigen Kosten auf den Markt zu bringen. THz-Kommunikation Raumfahrt und Kommunikation Hochauﬂösende Sensorik Test- und Messgeräte 22

25

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Fokusthemen mHEMT-Geschwindigkeit und Logikkomponenten, integriert mit III-V-Technologie Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit sowie Ausgangsleistung und Entwicklung von E/D-Logik und höherer Durchbruchspannung durch Backgate Verbesserung des 35-nm-mHEMT-Prozesses Ziel ist, eine mit dem bestehenden 50-nm-mHEMT-Prozess vergleichbare Lebensdauer, Ausbeute und Eignung für kryogene Anwendungen zu erreichen. Heterogene Integration/Aufbau- und Verbindungstechnik Interposer-Technologie für verlustarme Integration, Flip-Chip mit In-Bumps und thermisch gekoppelten VIAs zur Realisierung hochintegrierter Subsysteme Skalierung auf 6-Zoll-Wafer Fertigung auf 6-Zoll-Wafern für höheren Durchsatz und Zugang zu unserer Technologie für die Industrie; Stärkung des Transfers und Optimierung der Lieferkette

26

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Mehr Funktionen pro Chip: Vierpoliger HEMT-on-Silicon mit integrierter Logik Mit seiner 20-nm-InGaAs-HEMT-on-Silicon-Plattform inte- griert das Fraunhofer IAF digitale Steuerung und hoch- leistungsfähige Hochfrequenz-(HF)-Funktionalität auf einem einzigen Chip. Ein neuartiges Backside-Gate ermög- licht die flexible Integration von Logikschaltungen, wäh- rend eine Backside-Feldplatte die Durchbruchspannung erhöht und damit die potenzielle Ausgangsleistung von Leistungsverstärkern bei 300 GHz und darüber hinaus steigert. Diese Technologie ebnet den Weg für kompakte- re, energieeffizientere, multifunktionale und skalierbare HF-Frontend-Lösungen. Künftige Kommunikations- und Sensorsysteme über 300 GHz benöti- gen HF-Frontends mit hoher Ausgangsleistung, kleiner Bauform und intelligenter Steuerung. Die 20-nm-In0.8Ga0.2As-HEMT-on-Silicon-Tech- nologie des Fraunhofer IAF vereint dazu hochperformante HF-Tran- sistoren und Logikkomponenten für lokale Steuerung und Überwa- chung. Ein HEMT ist für den Betrieb bei extrem hohen Frequenzen optimiert. Die Implementierung auf einem Siliziumsubstrat (»HEMT- on-Silicon«) ermöglicht eine bessere Integration und Skalierbarkeit. Die Schlüsselinnovation dieser Plattform ist die lokalisierte Integration von Backside-Gate (BG) und Backside-Feldplatte (BFP). Diese zusätzli- chen Elektroden transformieren den konventionellen Dreipol-HEMT in ein Vierpol-Bauelement, erhöhen die Flexibilität im Schaltungsdesign und ermöglichen intelligentere HF-Frontends, ohne die Chipfläche zu vergrößern oder separate Steuer-ASICs (Application-Specific Integra- ted Circuits) zu benötigen. Höhere Spannungsfestigkeit und Ausgangsleistung Die unterhalb der Drain-Region platzierte Backside-Feldplatte ver- bessert die elektrische Feldverteilung und erhöht die Durchbruchspan- nung gegenüber konventionellen HEMTs. In Kombination mit einem optimierten Gate-Rezess auf der Drain-Seite entstehen Hochspan- nungs-HEMTs (HV-HEMTs) mit deutlich gesteigerter Spannungsfes- tigkeit bei gleichzeitig exzellenter HF-Performance (fmax > 650 GHz). Dies bildet die Grundlage für Leistungsverstärker-MMICs (Monolithic Microwave Integrated Circuits) mit höherer potenzieller Ausgangsleis- tung bei 300 GHz und darüber hinaus und unterstützt größere Über- tragungsdistanzen, höhere Datenraten und robustere Verbindungen in zukünftigen Kommunikations- und Sensorsystemen. 24

27

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Prozessierter 4-Zoll-InGaAs- Wafer (Indium-Gallium-Arsenid), auf dem zahlreiche mikrostruk- turierte mHEMT-THz-Schaltun- gen integriert sind. Parallel dazu ist das Backside-Gate unterhalb der intrinsischen Kanal- region positioniert und dient zur Einstellung der Transistorschwellspan- nung. Dies ermöglicht sowohl Enhancement-Mode-Betrieb (E-Mode, »normally off«) als auch Depletion-Mode-Betrieb (D-Mode, »normally on«) auf derselben Technologieplattform, ohne Änderungen an der Epitaxiestruktur. Grundlegende Logikblöcke wie Inverter, NAND- und NOR-Gatter sowie ein D-Latch wurden bei niedrigen Versorgungs- spannungen mit einem HF-Transistorlayout und lokalisierter BG-Integ- ration demonstriert. Integrierte Bias- und Leistungssteuerung Diese Schaltungen ermöglichen die lokale Steuerung von Bias-Bedin- gungen, Logikfunktionen und Power-Management direkt auf dem Chip. Dadurch werden Betriebsbedingungen dynamisch angepasst, die Energieeffizienz gesteigert und externe Steuerelektronik reduziert. Dies bereitet den Weg für eine vollständig monolithische Digital- HF-Integration in dieser HEMT-Technologie und für fortschrittliche Konzepte wie digital gesteuerte Phased-Array-Systeme und Verstärker mit variabler Verstärkung. Die 20-nm-HEMT-on-Silicon-Plattform markiert einen wichtigen Schritt hin zu Terahertz-Modulen der nächsten Generation, die kom- plexe Steuerfunktionen und hochleistungsfähige analoge Bausteine auf einem einzigen Chip integrieren. 25

28

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Geschäftsfeld Leistungselektronik Unsere Mission Wir entwickeln die nächste Generation von III-V-Hochleistungshalb- leitern – für Hochfrequenzanwendungen ebenso wie für effizientes Schalten im MHz-Bereich. Als Türöffner für die deutsche und euro- päische Industrie überführen wir Vorentwicklungen des epitaktischen Kristallwachstums, der technologischen Prozessierung und des Bau- element- und Schaltungsentwurfs von der universitären Forschung in die industrielle Nutzbarkeit. Was uns einzigartig macht Wir bündeln das Know-how einer einzigartigen Wertschöpfungskette unter einem Dach: von der Abscheidung und Charakterisierung epitak- tischer Schichten über die Prozessierung bis hin zum Aufbau komplexer Hochfrequenz-Demonstratoren. Anwendungsfelder Das ermöglicht es uns, neue Konzepte – ob Epitaxieschicht, Prozessmo- dul oder innovatives Schaltungsdesign – agil und durchdacht für unsere Kunden zu evaluieren und zur Markreife zu führen. Unser Leistungsversprechen Wir entwickeln und optimieren innovative MOCVD-Epitaxieschichten. Darüber hinaus verbessern wir bestehende Prozessketten durch die Entwicklung neuer Prozessmodule im Bereich der HF- und Leistungs- elektronik. Durch die enge Verzahnung von Epitaxie, Technologieent- wicklung und Schaltungsentwurf realisieren wir integrierte Gesamt- konzepte, die Wirkungsgrad, Leistungsdichte und Integrationsgrad gezielt maximieren. Gleichzeitig stellen wir unseren Kunden Produk- tionskapazitäten im Rahmen der GaN-Pilotlinien zur Verfügung und schließen damit konsequent die Lab-to-Fab-Lücke. Elektromobilität und Klimatechnik Radar Kommunikation und Weltraum Messtechnik 26

29

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Fokusthemen Highspeed-HF-Elektronik mit höchster Effizienz Weltrekord-Technologie für den Millimeterwellenbereich bis über 200 GHz: Trotz der Skalie- rung zu kürzesten Gatelängen zeigt Galliumnitrid eine außerordentliche Leistungsdichte und Verstärkung. Effiziente Hochspannungs-Bauelemente für HF Hochfrequenztechnologie mit Versorgungsspannung von 100 V und höchster Leistungsdichte für Radar, Kommunikation und Verteidigung in L-, S-, C- und X-Band Hochrobuste HF-Elektronik Galliumnitrid-Technologie mit hoher Leistungsdichte und extremer Robustheit für wider- standsfähige rauscharme Verstärker, Schalter und Leistungsverstärker bis ins W-Band Leistungsfähige MHz-Schalter Galliumnitrid-Bauelemente und -Schaltungen für höchste Spannungen bis 1700 V für nachhaltige Energieumwandlungssysteme der nächsten Generation.

30

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Fortschrittliche Hochvolttechnologie für Radar und Kommunikation Galliumnitrid-(GaN)-Transistoren ermöglichen bereits heute Verstärker-Endstufen mit einer Ausgangsleistung, die mit keinem anderen Halbleiter erreicht werden kann – etwa als leistungsstarker Baustein für Weltraumkommunikation oder in Radaranwendungen. Das Fraunhofer IAF treibt die nächste Generation der GaN-Hochvolttechnologie voran, die eine extreme Leistungsdichte und Effizienz mit der platzspa- renden Integration sämtlicher Bauelemente auf einem Chip vereint. Elektronische Systeme sollen kleiner, leichter und energieeffizienter werden. Besonders in Satelliten, Flugzeugen oder bodengebundenen Kommunikationsstationen sind Gewicht, Bauraum und Energiever- brauch entscheidend. GaN-Verstärkerstufen bestimmen in vielen dieser Anwendungen maßgeblich die Gesamteffizienz: Sie wandeln die zugeführte elektrische Energie direkt in Hochfrequenzleistung um und sind meist direkt mit der Antenne verbunden. Steigt ihre Effizienz, sinken Wärmeverluste und der Kühlaufwand, was kompaktere Kühl- systeme ermöglicht. Durch die begrenzte Ausgangsleistung aktuell verfügbarer Transistoren kommt ein zusätzlicher Verlusttreiber hinzu: Die Hochfrequenzleistung vieler einzelner Transistoren muss aufwen- dig zusammengefügt werden. Genau hier setzt die Entwicklung der GaN50X-Technologie am Fraunhofer IAF an. Sie arbeitet mit Betriebsspannungen von bis zu 100 Volt und erreicht extrem hohe Leistungsdichten von über 15 W/mm. Ein weiteres Entwicklungsziel ist die monolithische Integ- ration der notwendigen Hochfrequenz-Anpassnetzwerke direkt auf dem Chip (MMIC). Durch diese Innovation sinkt der Platzbedarf der Endstufe im System um eine ganze Größenordnung, während die not- wendige Kühlleistung reduziert wird. Zuverlässigkeit, Homogenität und industrielle Pilotlinien- fertigung der GaN50X-Technologie Die hohe Betriebsspannung und Leistungsdichte bringen jedoch große Anforderungen an die verwendeten Materialien und Fer- tigungstoleranzen mit sich: Um einen zuverlässigen Einsatz der GaN50X-Technologie zu gewährleisten, untersucht das Fraunhofer IAF nicht nur Spitzenwerte, sondern auch Parameter wie Langzeitver- halten und Homogenität. Innovative Ansätze der epitaktischen und 28

31

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes ESAs Deep-Space-Antennen in New Norcia, Australien. Diese Antennen strahlen tief ins Welt- all, um die Kommunikation mit weit entfernten Raumsonden aufrechtzuerhalten. Dafür benö- tigen sie hohe Hochfrequenz- leistung, die zukünftig von GaN- Transistoren bereitgestellt wird. technologischen Basis stellen die gleichbleibend hohe Qualität der Bauelemente sowie die spätere Serienfertigung sicher. Umfassende Zuverlässigkeitsstudien unter 100-Volt-Betrieb, bei hohen Temperatu- ren und feuchter Atmosphäre belasten die Bauelemente bis zu ihrem Maximum und geben wertvolle Einblicke in die Bauteilphysik und Robustheit der Technologie. Ziel dieser Entwicklung ist der Aufbau einer industriellen Pilotlinienfertigung, die Transistoren und Schaltun- gen mit bisher unerreichter Leistungsdichte bereitstellt. In den nächsten drei Jahren entsteht so die Grundlage für hoch- integrierte Sende- und Empfangsmodule, die mit wenig Platzbedarf effizient hohe Leistungen bereitstellen. Die Einsatzfelder reichen von Satellitenkommunikation und hochauflösender Erdbeobachtung bis hin zu modernen, energieeffizienten Radarsystemen. Damit leistet die GaN50X-Technologie einen Beitrag zu zuverlässigeren und nachhalti- geren Systemen in unserer zunehmend vernetzten Welt. 29

32

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Geschäftsfeld Optoelektronik Unsere Mission Unser Leistungsversprechen Wir bieten Zugang zu hochleistungsfähiger optoelektronischer Technologie für Laser und Detektoren. Für anspruchsvolle Sensorik-, Sicherheits- und Quantenanwendungen entwickeln wir Detektoren und Laser modernster Bauform und liefern Lösungen vom Einzel- emitter bis zum Systemdemonstrator. Was uns einzigartig macht Als führende europäische Quelle mit langjährig nachgewiesener Exper- tise und modernster Ausstattung bieten wir die komplette Wertschöp- fungskette der Infrarot-Optoelektronik: von simulationsgestütztem Bauelementdesign über erstklassige Epitaxie- und Prozesstechnologie sowie Charakterisierung bis hin zu Modul- und Systemdemonstratoren. Anwendungsfelder Wir schaffen Werte, indem wir unsere Partner bei der Entwicklung innovativer Komponenten, Module, Systeme und Anwendungen unterstützen und unseren Industriekunden einen niederschwelligen Zugang zu modernster optoelektronischer Laser- und Detektortechno- logie eröffnen – von der industriellen Pilotserie bis hin zum begleiteten Technologietransfer. Durch die Erforschung von Technologien mit absehbarem Industriepotenzial qualifizieren wir nationale Know-how- Träger und leisten so einen Beitrag zur Stärkung der nationalen und europäischen Technologiesouveränität und -unabhängigkeit. Thermische Infrarotsignaturen Spektroskopie Quantenkommuni- kation und -sensorik Prozesskontrolle 30

33

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Fokusthemen Ga-freie Typ-II-Übergitter-Detektoren für den Wellenlängenbereich 3 – 5 µm Robuste Technologie mit hoher Betriebstemperatur und geringer Defektdichte; Stärkung der europäischen Souveränität im größten Marktsegment des thermischen Infrarots Quantenkaskadenlaser (QCL) & QCL-basierte Sensorik QCL-Chips und -Module mit weltweit führender Abstimmgeschwindigkeit für schnelle Spektral- abdeckung; die europäische Quelle für leistungsstarke QCL mit vergrabener Heterostruktur; Systemdemonstratoren für Echtzeit-Sensorik Laser und Photonenquellen für Quantenanwendungen III-V-basierte Emitter von verschränkten Photonenpaarquellen, schmalbandige VECSEL als Pumpquelle für Quantenfrequenzkonverter und Rydberg-RF-Sensorik Photonische Integration Halbautomatische Montage von miniaturisierten Laser-Modulen und photonisch integrierte Schaltkreise (PICs) für den Wellenlängenbereich 4 – 12 µm SPAD-Detektoren für den Wellenlängenbereich bis 1,7 µm Höchstempfindliche Einzelphotonendetektion mit geringer Dunkelzählrate; Fraunhofer ist die einzige EU-Fertigungsstätte für dieses fortschrittliche Detektorkonzept.

34

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes ECOSYSTEM – eine europäische Lieferkette für T2SL-basierte IR-Detektortechnologie Die technologische Souveränität Europas erfordert Unab- hängigkeit bei kritischen Schlüsselkomponenten. Dazu zählen auch moderne Infrarot-Detektoren, die in wichtigen Wertschöpfungsketten und anspruchsvollen Anwendungen Einsatz finden. Für hochleistungsfähige T2SL-IR-Detektoren sind EU-Hersteller bislang in hohem Maße von außereuro- päischen Quellen abhängig. Im EDF-Projekt ECOSYSTEM kooperiert das Fraunhofer IAF mit namhaften europäischen Partnern mit dem Ziel, diese Abhängigkeit durch den Aufbau einer souveränen europäischen Lieferkette zu reduzieren. Stabile Lieferketten sind für die eigenständige Fertigungsfähigkeit von höchster Wichtigkeit. Dies gilt in besonderem Maße bei Technologien für die IR-Detektorindustrie. Im EDF-Projekt ECOSYSTEM soll eine europäische Lieferkette für hochleistungsfähige IR-Detektoren auf Basis von Typ-II-Übergittern (T2SLs) als Detektormaterial ausgebaut werden, da gegenwärtig noch Abhängigkeiten von Nicht-EU-Quellen bestehen. Durch die Kooperation von 17 EU-Partnern aus acht Natio- nen werden vorhandene Fähigkeiten kombiniert, erweitert und tech- nologische Innovation gefördert, um bezüglich der Leistungsfähigkeit zu weltweit führenden Unternehmen aufzuschließen und technolo- gische und wirtschaftliche Abhängigkeiten abzubauen. Ein zentrales Projektziel ist die Realisierung eines T2SL-Kamerademonstrators für das mittlere Infrarot mit SXGA-Auflösung bei 7,5 µm Pixelraster und hoher Betriebstemperatur von 130 K. Ga-freie T2SLs für kompakte, energieeffiziente IR-Detektoren T2SLs, insbesondere die »Ga-freie« Untervariante, haben sich in den letzten Jahren als IR-Detektormaterial etabliert. Ihre vorteilhaften Materialeigenschaften ermöglichen höhere Betriebstemperaturen ohne Leistungseinbußen gegenüber herkömmlichen Systemen. Dadurch lassen sich Größe, Gewicht und Leistungsaufnahme system- seitig reduzieren, was eine kosteneffizientere IR-Detektortechnologie erlaubt. Aufgrund seiner langjährigen Expertise zu T2SL-Technologien ist das Fraunhofer IAF zentraler Partner im Projektkonsortium. Am Institut beginnt die Wertschöpfung mit der Molekularstrahlepitaxie der T2SL-Schichten auf kommerziellen 100-mm-GaSb-Substraten, die in der erforderlichen Güte bislang nicht aus souveränen EU-Quellen 32

35

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes T2SL-Detektorwafer auf Basis eines 100-mm-GaSb-Substrates mit 24 Detektormatrizen umringt von Teststrukturen zur Material- und Prozessevaluation. erhältlich sind. Mehrere ECOSYSTEM-Partner forschen daher an Kris- tallzucht von GaSb-Einkristallen und Weiterverarbeitung zu Substrat- wafern. Wiederaufbereitung und Recycling kritischer Rohmaterialen werden mit der Zielsetzung untersucht, einer ressourcensparenden, unabhängigen Versorgung näherzukommen. Aufbau einer europäischen Wertschöpfungskette Nach der Epitaxie der T2SL-Schichten werden am Fraunhofer IAF mithilfe von Weiterentwicklungen in Ätz- und Prozesstechnologie Detektormatrizen hergestellt, die bei zwei europäischen Projektpartnern mit Ausleseschaltkreisen hybridisiert, mit dedizierten Kryokühlern kombiniert und abschließend zu einem T2SL-Modul aufgebaut und bewertet werden. Die speziellen Anforderungen aus Detektormaterial, Rastermaß und Betriebstemperatur erfordern bei allen Projektpartnern umfassende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Ziel von ECOSYSTEM ist die europäische IR-Detektorindustrie durch den Lieferkettenaufbau vernetzter, unabhängiger und international konkurrenzfähiger aufzustellen. 33

36

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Geschäftsfeld Quantenbauelemente Unsere Mission Unser Leistungsversprechen Wir sind der Enabler der Quantentechnologie. Mit eigens entwickel- ten Bauelementen führen wir quantentechnologische Ansätze aus der wissenschaftlichen Nische in die Anwendung. Unser Ziel ist es, aus Forschungsergebnissen marktfähige, zuverlässige und skalierbare Lösungen für reale Umgebungen zu schaffen. Was uns einzigartig macht Unsere Stärke liegt in der hohen Integrationstiefe entlang der gesam- ten Wertschöpfungskette: vom Ausgangsmaterial über Sensorkern, elektrische und optische Ansteuerung und Auslese bis zur Applikation und zu integrierten Sensormodulen. Hinzu kommt die exzellente Aus- stattung für Wachstum, Charakterisierung und Aufbau. Anwendungsfelder Wir erfassen, begleiten und bewerten Innovationen aus der Grund- lagenforschung und überführen sie bei Eignung in quantensensorische Technologien. Wir schaffen Werte, indem wir unsere langjährige Erfahrung in der Optoelektronik, insbesondere in der LED- und Laser- technologie, gezielt nutzen und damit aus Laborweltrekorden robuste, feldtaugliche und verfügbare Sensoren und Bauelemente schaffen. Unsere Forschung orientiert sich konsequent an den Bedürfnissen des Marktes. Im Fokus steht das optimale Zusammenspiel aus Kosten, Per- formance und Qualität – dem wirtschaftlich tragfähigen Sweet Spot für nachhaltigen technologischen Erfolg. Materialprüfung Mikroelektronik Medizin Navigation 34

37

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Fokusthemen Laserschwellen-Magnetometrie Diamantbasierte Quantensensorik für Massenmarkt-/Verbraucheranwendungen mit Empfindlichkeiten bis hin zu Gehirnsignalen Monolithische/heterogene Integration eines NV-basierten Sensorkerns Anwendungen durch SWaP, Robustheit, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit Module für Quantensensorik-Anwendungen Der Quantensensorik-Markt ist ein Wachstumsmarkt, daher sind eine Vielzahl von Proof-of- Concepts und Prototypen erforderlich, um neue Anwendungen zu testen. Diamantbauelemente für Quantensensorik-Anwendungen Kernstück des Fraunhofer IAF und Grundlage jedes Sensors – die Verstärkungen und spezi- fischen Anforderungen pro Anwendung lassen viel Raum für Entwicklungsmöglichkeiten und Lichtausbeute durch Design.

38

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Diamant-Laser-Sensor steigert Magnetfeld- messung um mehr als das 520-Fache Quantensensoren auf Basis von Stickstoff-Vakanz-Zentren (NV-Zentren) in Diamant ermöglichen hochpräzise Magnetfeldmessungen sogar bei Raumtemperatur. Am Fraunhofer IAF arbeitet eine Forschungsgruppe intensiv an der Umsetzung eines fundamentalen Verbesserungskonzepts der Quantensensorik: Die Laserschwellen-Magnetometrie besitzt das Potenzial, sowohl die Empfindlichkeit als auch den Dynamikbereich der Magnetfeldmessung auf Rekordwerte zu steigern. Nun ist es den Forschenden gelungen, das bestehende theoretische Konzept experimentell umzusetzen und einen herausragenden Verbesserungsfaktor von über 520 gegenüber dem aktuellen Stand der Technik nachzuweisen. Herkömmliche NV-Magnetometer basieren auf der Detektion von rotem Licht, welches nach Einstrahlen von grünem Laserlicht von den NV-Zentren abgestrahlt wird und dessen Intensität sich bei Änderung des Magnetfeldes ebenfalls ändert. Diese Helligkeitsänderungen und die Intensität des roten Leuchtens sind jedoch sehr gering, sodass die erreichbare Empfindlichkeit aktuell limitiert ist. Laserschwellen-Magnetometrie Ein vielversprechender Forschungsansatz zur Empfindlichkeitsstei- gerung ist das Konzept der Laserschwellen-Magnetometrie (LSM). Hierbei wird der rot leuchtende Diamant zusammen mit einem Lasermedium in eine Kavität (einen optischen Resonator) eingebracht. Durch eine gezielte Wahl des Lasermediums und die Optimierung der Diamantparameter können die NV-Zentren und der Laser stark gekoppelt werden, sodass die Laserleistung direkt vom zu messenden Magnetfeld abhängt. Wird das Lasersystem nahe an der Laserschwelle betrieben, kann bereits eine kleine Magnetfeldänderung dazu führen, dass das Lasersystem gezielt ausgeschaltet wird. Diese Kombination aus hohen erreichbaren Ausgangsleistungen und einer starken Magnetfeldabhängigkeit verspricht eine signifikante Verbesserung des optischen Kontrasts, der Empfindlichkeit und des Dynamikbereichs. Signifikante Kontrast- und Leistungssteigerung In diesem Jahr konnte die Forschungsgruppe im Rahmen des BMFTR- geförderten Projekts NeuroQ diese theoretischen Vorhersagen erstmals vollständig im Experiment reproduzieren. Durch die starke 36

39

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Video: Laser Threshold Magnetometry Kombiniertes Lasersystem, welches durch die starke Kopplung des Halbleiterlasers und der rot leuchtenden NV-Zentren erstmals durch eine Magnetfeldänderung ausgeschaltet werden kann. Kopplung der NV-Zentren mit einem Halbleiterlasermedium in der- selben Kavität ändern sich die Eigenschaften des kombinierten Laser- systems durch eine Änderung des Magnetfeldes deutlich. So erreich- ten die Forschenden einerseits einen optischen Kontrast von bis zu 100 % – im Vergleich zu den wenigen Prozent, die bei konventionel- len NV-basierten Magnetometern üblich sind – und gleichzeitig Signal- leistungen von bis zu 60 mW statt der sonst üblichen wenigen Milli- oder Mikrowatt. In den theoretischen Limits der sensorrelevanten Eigenschaften konnte dadurch ein Verbesserungsfaktor von über 520 gegenüber dem aktuellen Stand der Technik demonstriert werden. Diese Ergebnisse stellen die Grundlage für eine neue Generation von Magnetfeldsensoren basierend auf der LSM dar, welche insbesondere in der Medizintechnik für die präzise Messung schwacher Magnetfel- der, wie sie vom Herzen oder Gehirn erzeugt werden, zur Anwendung kommen könnten. 37

40

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Geschäftsfeld Quantensysteme Unsere Mission Unser Leistungsversprechen Wir entwickeln skalierbare, farbzentrenbasierte Quantencomputer mit Fokus auf Vorteilen in Größe, Gewicht und Leistung, um leistungs- starke, mobile Systeme für neue Anwendungen zu schaffen. Ergänzend entwerfen wir spezialisierte Algorithmen und erforschen Materialien für Quantentechnologien. Was uns einzigartig macht Unsere besondere Stärke liegt in der Kombination aus Materialkompe- tenz, System-Know-how und Algorithmik: Wir verfügen über jahrzehn- telange Erfahrung und ein starkes Netzwerk im Diamantwachstum, sind führend im Systemengineering und Testing von Diamant-QPUs in Europa und stellen die einzige sicherheitsrelevante Quantenalgorithmik in Deutschland. Anwendungsfelder Wir produzieren hochwertige Diamantfilme für Anwendungen im Quantencomputing und in der Quantensensorik und schaffen damit die Grundlage für leistungsfähige Quantensysteme. Wir bieten Lösungen für Quantensysteme an: von der Hardware-Kon- trolle über die Systemintegration bis hin zur Entwicklung spezialisierter Algorithmen für Quantencomputer und Quantensensoren. Mit unserer Arbeit erhöhen wir die Sicherheit in unserem Land und unserer Wertegemeinschaft. Quantensimulation Kombinatorische Optimierung Quantenmaschinen- lernen Quantencomputing für KI 38

41

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Fokusthemen NV-Chip – dipolar/photonisch gekoppelt Entwicklung eines Diamant-basierten Quantenprozessors vor dem Hintergrund eines wachsen- den Marktes für Anwendungen im Quantencomputing und in der Quantenkommunikation Diamantmaterial/Implantation Die zunehmenden Möglichkeiten der Diamantimplantation führen zu neuen Anwendungen und treiben die steigende Nachfrage nach Diamantfilmen mit Ensembles bzw. Einzelzentren von NV-Diamant und anderen Farbzentren voran. Charakterisierung und Benchmarking von Farbzentren Die Verbesserung der Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit von auf Farbzentren basierenden Quantentechnologien erfordert umfassende Testdienstleistungen. Quantenalgorithmen Entwicklung von Software zum Betrieb von Quantencomputern, insbesondere für Optimie- rung, Simulation, maschinelles Lernen und Fehlerkorrektur

42

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Mit logischen Qubits zu fehlertoleranten Quantencomputern Quantencomputer bergen enormes Potenzial für schnelle, komplexe Berechnungen, doch ihre hohe Fehleranfällig- keit bremst bislang die Praxisanwendung. Das Projekt snaQCs2025 treibt die Quantenfehlerkorrektur gezielt voran: Durch robuste logische Qubits, optimierte Algorithmen und neue Analyse-Tools soll die Fehleranfälligkeit physika- lischer Qubits signifikant reduziert und eine vollständige Entwicklungspipeline von Simulation bis Validierung etab- liert werden. Das Vorhaben wird von neQxt, Fraunhofer IAF und Point 8 durchgeführt und über drei Jahre vom BMFTR gefördert. Die Quantenfehlerkorrektur gilt als Schlüssel für eine breite Anwen- dung von Quantencomputern. Genau hier setzt das vom Bundesminis- terium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderte Projekt snaQCs2025 an: Die Projektpartner entwickeln gemeinsam robuste Quantenfehlerkorrektur-Verfahren, die auf skalierbare Quantenalgo- rithmen abgestimmt sind. Die Förderung erfolgt im Rahmen der Maß- nahme Anwendungsorientierte Quanteninformatik über drei Jahre mit insgesamt 2,5 Millionen Euro. Qubits reagieren äußerst empfindlich auf äußere Einflüsse – bereits geringste Magnetfelder oder Temperaturschwankungen können ihren Zustand verändern und damit die Berechnungen eines Quantencom- puters verfälschen. Die Nutzung von Quantenfehlerkorrektur kann dies ausgleichen: Durch den Zusammenschluss mehrerer physikali- scher Qubits entstehen logische Qubits, in denen die Fehler einzelner Qubits im Verbund erkannt und korrigiert werden. Zwar steigt mit der Anzahl physikalischer Qubits zunächst die Gesamtfehlerwahrschein- lichkeit, durch ihre strukturierte Verschaltung zu logischen Qubits kann die Fehlerrate jedoch effektiv reduziert werden. Im Kern von snaQCs2025 steht die vollständige Entwicklungspipe- line: Von der Simulation von Fehlerkorrektur-Strategien über die Implementierung logischer Qubits in bestehende Quantenhardware bis zur Optimierung anwendungsorientierter Algorithmen wird jede Stufe auf die Robustheit der Berechnungen ausgerichtet. Die Hard- warebasis des Vorhabens beruht auf ionenfallenbasierter Quanten- computing-Technologie, die eine hohe Kontrollierbarkeit der Qubits ermöglicht. 40

43

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Hochfrequenzelektronik Leistungselektronik Optoelektronik Quantenbauelemente Quantensysteme Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Darstellung von zwei logischen Qubits, bestehend aus jeweils drei physikalischen Qubits. Integrierte Quantenfehlerkorrektur für skalierbare Logik- Qubits und industrielle Anwendungen Am Fraunhofer IAF wird die integrierte Strategie aus Analytik, Opti- mierung, Simulation und fehlertoleranter Implementierung vorange- trieben. Der Fokus liegt auf der Skalierbarkeit der Algorithmen, ihrer praxisnahen Anwendbarkeit sowie der Abstimmung mit den entwi- ckelten Quantenfehlerkorrektur-Codes. Die enge Verzahnung mit den anderen Verbundpartnern sorgt dafür, dass Algorithmen, Codes und Tools effizient aufeinander abgestimmt sind und sich gezielt in Indust- rieprozesse integrieren lassen. Durch die Entwicklung robuster logischer Qubits, die Verbesse- rung von Quantenalgorithmen und die Bereitstellung belastbarer Analyse- und Validierungstools wird das Potenzial der Quantenfehler- korrektur auch für industrielle Anwendungen greifbar. Der Einsatz von Quantenfehlerkorrekturverfahren auf der Basis logischer Qubits ermöglicht die fehlertolerante Ausführung von Algorithmen mit Quantenvorteil, beispielsweise zur Kryptoanalyse, Datenbanken-Suche sowie zur Untersuchung von Materialien und chemischen Stoffen. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, die Fehlertoleranz von Quantenpro- zessoren zu erhöhen, Anwendungen in Materialforschung, Chemie, Optimierung und datenintensiven Bereichen zu erschließen und Deutschland als Standort für skalierbare Quantencomputing-Lösungen zu stärken. 41

44

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken INQUBATOR – Quanten- computing-Test- und Beratungszentrum Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik Highlights 2025 Wissenswertes Industrietransfer stärken Seit ihrer Gründung versteht sich die Fraunhofer-Gesell- schaft als Brücke zwischen exzellenter Forschung und industrieller Anwendung. Im Zentrum steht unsere Mission, Technologien zur Marktreife zu führen und gemeinsam mit Industriepartnern in die Praxis zu bringen. Das Fraunhofer IAF kooperiert dafür eng mit Partnern aus Wissen- schaft und Industrie – von Großkonzernen über den Mittelstand bis hin zu Start-ups, national wie international. Um diese Partnerschaften gezielt zu stärken, bieten wir niederschwellige Zugänge zu neuen Technologien wie etwa das INQUBATOR Test- und Beratungszent- rum für Quantencomputing und erarbeiten gemeinsam mit unseren Kunden maßgeschneiderte Lösungen für ihre spezifischen Anforde- rungen. Forschung braucht starke Partnerschaften und ein gemeinsa- mes Ziel: die industrielle Wertschöpfung von morgen. 42

45

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken INQUBATOR – Quanten- computing-Test- und Beratungszentrum Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik Highlights 2025 Wissenswertes INQUBATOR – Quanten- computing-Test- und Beratungs- zentrum Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quanten- sensorik 43

46

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken INQUBATOR – Quanten- computing-Test- und Beratungszentrum Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik Highlights 2025 Wissenswertes INQUBATOR – Quantencomputing- Test- und Beratungszentrum Das Fraunhofer IAF hat gemeinsam mit drei weiteren Fraunhofer-Instituten das Test- und Beratungszentrum für Quantencomputing, INQUBATOR, gegründet. Es handelt sich um ein neuartiges, niederschwelliges Angebot, das Unternehmen den Einstieg ins Quantencomputing erleichtert und konkrete, praxisnahe Anwendungsfälle untersucht, bei denen Quantencomputer einen Vorteil bieten können. Das Ziel von INQUBATOR ist es, die deutsche Wirtschaft gezielt auf den technologischen Umbruch durch Quantencomputing vorzuberei- ten und damit ihre internationale Wettbewerbsfähigkeit zu sichern. Besonders adressiert werden Unternehmen, die bislang noch nicht Teil des Quantenökosystems sind. Sie sollen frühzeitig und proaktiv über gemeinsame F&E-Aktivitäten an das Thema herangeführt werden und die Chance erhalten, diese bedeutende Zukunftstechnologie in der Praxis zu erproben. Die realistische Technologiebewertung und die passgenaue Unterstützung der Unternehmen stehen dabei im Fokus.

47

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken INQUBATOR – Quanten- computing-Test- und Beratungszentrum Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik Highlights 2025 Wissenswertes Vier vordefinierte Use-Cases Das auf vier Jahre angelegte INQUBATOR-Projekt startet mit der Bearbeitung von vier vordefinierten Use-Cases aus den Bereichen Medizin, Cyber-Sicherheit, Automotive und Versicherungswirtschaft. Weitere Unternehmen sind ausdrücklich eingeladen, mit ihren eigenen Problemstellungen auf das Zentrum zuzugehen, um diese gemeinsam zu bearbeiten. Geplant ist die Umsetzung von mindestens acht weite- ren Anwendungsfällen, die im Rahmen einer formlosen Ausschreibung eingeworben werden. Methodisch liegt der Schwerpunkt zunächst auf verschiedenen Algorithmen des Quantenmaschinenlernens (QML), bei denen ein Quantenvorteil besonders aussichtsreich erscheint. Die Use-Cases der zweiten Phase erweitern das Themenspektrum deutlich und sind nicht auf QML-basierte Problemstellungen beschränkt. Die nächste Ausschreibung startet ab Mitte 2026. Die beteiligten Institute Fraunhofer IAF, ITWM, IAO und IPA bündeln ihre umfangreiche Expertise im Umgang mit Quantenhardware und anwendungsnaher Quantensoftware. Darüber hinaus steht Nutzenden umfangreiche Rechenzeit auf modernen Quantencomputern ver- schiedener Hersteller, darunter IBM, IQM Quantum Computers und AQT (Alpine Quantum Technologies), zur Verfügung. Damit werden zentrale Einstiegshürden abgebaut: zum einen im Hinblick auf die radikal anderen Lösungsansätze von Quantencomputern im Vergleich zu klassischen Algorithmen und zum anderen die hohen Kosten für Quantenrechenzeit. So entsteht ein Rahmen, in dem Unternehmen zielgerichtet Kompe- tenzen aufbauen und Quantencomputing Schritt für Schritt in ihre spezifische Anwendung nutzbringend überführen können. Fraunhofer IAF Klassifikation und Merkmalauswahl in Patientendaten Fraunhofer IAO Erkennung von Netzwerkanomalien Use-Cases Fraunhofer ITWM Bewertung von Finanzderivaten Fraunhofer IPA Zeitreihenvorhersage für den Automotive-Bereich Das Gesamtvorhaben zielt darauf ab, innovative Quantencomputing- Ansätze im wirtschaftlichen Kontext systematisch zu untersuchen, ein breites Spektrum an derzeit als besonders vielversprechend geltender Algorithmen abzudecken und diese auf aktuellen Quantencomputern zu erproben. www�fraunhofer-inqubator�de Video: Quantencomputing Beratungs- und Testzentrum Fraunhofer INQUBATOR 45

48

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken INQUBATOR – Quanten- computing-Test- und Beratungszentrum Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik Highlights 2025 Wissenswertes Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik Das Fraunhofer IAF gehört zu den Pionieren auf dem Gebiet des synthetischen Diamanten. Das Institut forscht an der Herstellung und Optimierung diamantbasierter Materialien und setzt dieses Know-how für industrielle Partner in der Quantensensorik, Metrologie und Quantenkommunikation ein. Doch das Fraunhofer IAF betreibt nicht nur Diamantfor- schung auf höchstem Niveau, es stellt zudem maßgeschnei- derte synthetische Diamanten für die Industrie her. Am Fraunhofer IAF werden hochreine einkristalline und polykristalline Diamantsubstrate sowie Dünnschichten mittels chemischer Gaspha- senabscheidung (CVD) hergestellt – sowohl homoepitaktisch als auch heteroepitaktisch. Hierfür stehen dem Institut zehn Mikrowellen-Plas- mareaktoren zur Verfügung, die vollständig inhouse betrieben und kontinuierlich weiterentwickelt werden. Die ständige Verbesserung dieser Reaktortechnologie – abgestimmt auf neue Anforderungen aus Industrie und Forschung – hat dem Fraunhofer IAF eine tiefgehende Kompetenz im Diamantreaktorbau verschafft, die wiederum direkt in die Entwicklung kundenspezifischer Prozesse und Materialien einfließt. Kundenspezifische Dotierung und Farbzentren Um gezielt elektrische und quantenphysikalische Eigenschaften zu rea- lisieren, bietet das Fraunhofer IAF Unternehmen anwendungsoptimier- te Dotierungen und Fehlstellen (Farbzentren) an. Besonders etabliert sind Stickstoff-Vakanzen-(NV-)Zentren, die als Quantenbauelemente bis hin zu einzelnen Qubits dienen. Dank der sehr starren Kristallstruk- tur von Diamant bleiben die Quanteneffekte dieser Farbzentren auch bei Raumtemperatur stabil und nutzbar – ein entscheidender Vorteil für robuste, praxisnahe Anwendungen. Die hochreinen, einkristallinen CVD-Diamantschichten mit präzise eingestellten NV-Zentren eröffnen neue Möglichkeiten in der Quan- tensensorik, Metrologie und Quantenkommunikation. Durch kontrol- liertes Stickstoff-Doping, definierte Kristallorientierungen und exakt einstellbare Defektdichten entstehen maßgeschneiderte Quantenma- terialien, mit außergewöhnlicher Kohärenz, stabiler Fluoreszenz und robuster Performance. 46

49

Video: Diamantwachstum am Fraunhofer IAF Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken INQUBATOR – Quanten- computing-Test- und Beratungszentrum Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik Highlights 2025 Wissenswertes Die Reaktoren des Fraunhofer IAF nutzen gereinigte und isotopenange- reicherte Gase, um kontaminations- freie Diamant- und Dotierungsgase zu erzeugen und beim Wachstum gezielt Farbzentren einzubringen.

50

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken INQUBATOR – Quanten- computing-Test- und Beratungszentrum Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik Highlights 2025 Wissenswertes »Die Unterstützung von Fraunhofer war ein wichtiger Beschleuniger« Dr. Fleming Bruckmaier ist Mitgründer und CTO von Quan- tum Diamonds (QD), einem Münchner Start-up, das hochsen- sitive diamantbasierte Quantensensoren für die Fehlerdiag- nose in Mikrochips entwickelt. Im Interview spricht er über die Vision des Start-ups, Quantendiamant-Mikroskope und die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IAF. Mit welcher Vision wurde Quantum Diamonds gegründet und wo steht das Unternehmen heute? Bruckmaier — Quantum Diamonds wurde mit der Vision gegründet, Quantensensorik aus dem Forschungslabor in industrielle Anwendun- gen zu bringen – insbesondere für die Analyse und Fehlerdiagnose in der Halbleiterindustrie. Heute entwickeln wir hochauflösende Quantendiamant-Mikroskope für die Chip-Inspektion und arbeiten mit Industrie- und Forschungspartnern daran, diese Technologie in der Halbleiterfertigung einzusetzen. Erste Geräte sind bereits global exportiert worden und die Entwicklung von Hochdurchsatzinspektion ist in vollem Gange. 48 Dr. Fleming Bruckmaier, CTO von Quantum Diamonds

51

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken INQUBATOR – Quanten- computing-Test- und Beratungszentrum Maßgeschneiderte Diamantmaterialien für die industrielle Quantensensorik Highlights 2025 Wissenswertes Warum ist die Qualität des NV-Diamantfilms entscheidend für die Leistungsfähigkeit Ihrer Quantenmikroskope? Welche konkreten technologischen Hürden konnten Sie durch die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IAF überwinden? Bruckmaier — Die NV-Zentren in Diamant sind die eigentlichen Quan- tensensoren. Ihre Eigenschaften – etwa Kohärenzzeit, Stabilität und Dichte – bestimmen direkt die Empfindlichkeit und räumliche Auflö- sung des Systems. Ein hochwertiger NV-Diamantfilm sorgt dafür, dass magnetische Felder, Ströme oder Temperaturunterschiede mit hoher Präzision gemessen werden können. Defekte oder Inhomogenitäten in Diamant würden dagegen das Signal-Rausch-Verhältnis und damit die Messgenauigkeit deutlich verschlechtern. Welchen Vorteil bieten Ihre Quantensensoren gegenüber herkömmlichen Messtechniken für Chip-Hersteller? Bruckmaier — Quantensensoren auf Diamantbasis ermöglichen Messungen mit deutlich höherer Empfindlichkeit und räumlicher Auflösung als klassische Methoden. So lassen sich beispielsweise magnetische Felder und Stromdichten in Chips mit einer Auflösung im Submikrometerbereich sichtbar machen bei gleichzeitig hoher Ein- dringtiefe. Zusätzlich können diese Messungen bei Raumtemperatur und über große Flächen erfolgen, was eine schnelle, zerstörungsfreie Fehleranalyse in komplexen Halbleitermodulen ermöglicht. Insbeson- dere für die nächste Generation von KI-Chips ist Magnetfeldbildge- bung das vielversprechendste Werkzeug zur Fehlerdetektion, daher arbeiten wir auch eng mit namhaften Herstellern in Taiwan, Korea und den USA zusammen. Bruckmaier — Die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IAF half insbesondere bei der Entwicklung und Optimierung der diamantba- sierten Quantensensorik. Dazu gehören die Herstellung und Charak- terisierung geeigneter Diamantmaterialien und das Überwachsen von Substraten mit dünnen, Stickstoff-dotierten Filmen. Hier besteht eine klare Synergie zwischen QD und dem Fraunhofer IAF. Wir kooperieren eng mit der Gruppe um Dr. Peter Knittel, den ich noch aus meiner Promotionszeit kenne. Unsere Zusammenarbeit besteht seit einigen Jahren vor allem in transaktionaler Form und hat sich in den letzten Monaten durch mehrere gemeinsame Projekte deutlich intensiviert. Hätten Sie die Technologie ohne Fraunhofer-Unterstüt- zung in dieser Geschwindigkeit zur Marktreife bringen können? Bruckmaier — Die Unterstützung von den Fraunhofer-Instituten war ein wichtiger Beschleuniger. Durch die vorhandene Infrastruktur, Materialexpertise und Erfahrung in der Industrialisierung von Quanten- technologien konnten Entwicklungszyklen deutlich verkürzt werden. Ohne diese Zusammenarbeit hätten wir einige Zeit in eine alternative Supply Chain investieren müssen. 49

52

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Highlights 2025 Spatenstich für das Ingenieurzentrum Nachhaltigkeit ERC Synergy Grant Der Europäische Forschungsrat (ERC) hat das Projekt DISRUPT, das unter der Leitung der TU Delft (Niederlande) in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IAF und dem University College Dublin (UCD, Irland) durchgeführt wird, mit einem renommierten Synergy Grant ausge- zeichnet. Das bahnbrechende Projekt erhält rund zehn Millionen Euro, um eine vollständig digitale Hochfrequenzarchitektur für Leistungsver- stärker zu entwickeln, die den Energieverbrauch von Mobilfunknetzen der nächsten Generation um bis zu 50 Prozent senken soll. Mit dem feierlichen Spatenstich am 22. Juli 2025 begann der Bau des Ingenieurzentrums Nachhaltigkeit auf dem Campus Flugplatz. Rund 90 geladene Gäste aus Politik, Wissenschaft und Industrie feierten den Spatenstich für das Ingenieurzentrum Nachhaltigkeit (IZN) auf dem Campus Flugplatz in Freiburg. Mit dem Neubau stärkt die Fraunhofer-Gesellschaft als Bauherrin die intensive Zusammenarbeit mit der Universität Freiburg, eingebettet in das gemeinsame Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH). Der Bezug des IZN ist für 2028 vorgesehen. Das DISRUPT-Team: Prof. Anding Zhu (UCD), Prof. Rüdiger Quay (Insti- tutsleiter am Fraunhofer IAF und Professor an der Universität Freiburg), Prof. Leo de Vreede (TU Delft) und Prof. Bogdan Staszewski (UCD). 50

53

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Industry Innovation Days Zur Stärkung der Zusammenarbeit mit der Industrie hat das Fraunhofer IAF ein neues strategisches Veranstaltungsformat ins Leben gerufen: Im November 2025 fanden erstmals die Industry Innovation Days statt. Zwei Tage lang begrüßte das Fraunhofer IAF zahlreiche Unternehmensvertreterinnen und -vertreter aus Start- ups, Mittelstand und Großindustrie aus ganz Europa, um neueste Forschungsergebnisse zu präsentieren, die Roadmaps der einzelnen Geschäftsfelder vorzustellen und Ansätze für Kooperationen zu diskutieren. Das Programm bot exklusive Einblicke in Labore und Technologiebereiche, Live-Demonstrationen verschiedener Use-Cases sowie eine Innovationsmesse mit anwendungsreifen Technologien. Aufgrund des erfolgreichen Auftakts wird dieses Format künftig im Zweijahresrhythmus fortgeführt. Wenn Sie an den Industry Innovation Days 2027 teilnehmen möchten, senden Sie eine Nachricht an event@iaf�fraunhofer�de� 51

54

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes PCIM Best Paper Award Zwei Auszeichnungen auf dem IMS 2025 Auf dem International Microwave Symposium (IMS 2025) in San Fran- cisco wurden zwei Wissenschaftler des Fraunhofer IAF ausgezeichnet: Dr. Bersant Gashi wurde für sein Paper mit dem Titel »300 GHz 8×1 Active Phased Array MMIC with On-Chip Power Amplifiers, Vector Modulators, and Antennas« mit dem IMS Early Career Paper Award ausgezeichnet. Thomas Zieciak erhielt den Advanced Practice Paper Competition Award für seinen Beitrag mit dem Titel »A D-Band Front- End T/R MMIC in a 70-nm GaN HEMT Technology«. Dr. Michael Basler Dr. Michael Basler hat bei der PCIM Conference 2025 den Best Paper Award für seine Publikation »Highly-Integrated 1200 V GaN-Based Monolithic Bidirectional Switch« gewonnen. In seinem Paper präsentiert er einen monolithischen bidirektionalen Schalter mit zwei integrierten Freilauf-Dioden und einer Sperrspan- nung von 1200 V. Die Entwicklungsergebnisse sind im Rahmen des Projekts GaN4EmoBiL entstanden. Dr. Bersant Gashi und Thomas Zieciak 52

55

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes ERC Starting Grant Zwei Preise auf der EuMW 2025 Jun.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Mönch, Preisträger eines ERC Starting Grant Als Juniorprofessor am Institut für Elektrische Energiewandlung (IEW) der Universität Stuttgart setzt Dr. Stefan Mönch seine wegweisende Forschung zur elektrischen Energiewandlung fort, die er am Fraun hofer IAF begonnen hat. Für sein Projekt TolleConverter (»Towards lossless electrical energy conversion«) wurde er mit einem der renommierten ERC Starting Grants in Höhe von rund 1,5 Millionen Euro ausgezeichnet, um seine Arbeiten zur hocheffizienten und nahezu verlustfreien intelligenten Energiewandlung voranzutreiben. Patrick Umbach erhielt den EuMIC 2025 Young Engineer Prize. Auf der European Microwave Week (EuMW) in Utrecht wurden zwei Forscher des Fraunhofer IAF ausgezeichnet: Patrick Umbach erhielt den EuMIC 2025 Young Engineer Prize für sein Paper »Resistive D-Band Mixers with Monolithic Integrated Broadband IF Balun and LO Amplifier«. Dr. Philipp Neininger wurde für sein Paper »An Integrated W-Band Dual-Polarization Receiver Front-End Featuring Ultra-Low Noise Figure« mit dem EuMC Best Poster Prize ausgezeichnet. Schauen Sie sich die Bildergalerie von unseren Highlight-Veranstaltungen 2025 im digitalen Jahresbericht an:

56

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Das Institut im Überblick Das Institut im Überblick Instituts- und Bereichsleitungen Dr� Patricie Merkert Institutsleitung Prof� Dr� Rüdiger Quay Institutsleitung Dr� Michael Stoebe Geschäftsfelder (kommissarisch) Dr� Jutta Kühn Abteilungen Dr� Daniel Auer Verwaltung Dr� Martin Walther Forschungsinfra- struktur Geschäftsfelder Dr� Jens Flamm Hochfrequenzelektronik Dr� Philipp Neininger Leistungselektronik N� N� Optoelektronik Dr� Michael Stoebe Quantenbauelemente Dr� Florentin Reiter Quantensysteme 54

57

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Mitarbeitende 323 Davon 205 Mitarbeitende in wissenschaftlichen Abteilungen 108 weibliche Mitarbeitende insgesamt Erträge 2025 (in Mio� Euro) Industrie 9,8 Grundfinanzierung 19,1 56,4 Öffentliche Projekt- förderung (Bund, EU) 26,5 Sonstige Erträge 1,0 Gesamthaushaltsausgaben (in Mio� Euro) 2026 Budget 2025 2024 7,4 21,9 27,0 25,6 23,7 56,3 58,8 55,8 17,7 17,6 15,5 14,5 Personalaufwendungen Sachaufwendungen Investitionen 55

58

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Kuratorium Das Kuratorium, ein Expertengremium mit Vertretenden aus Industrie, Forschung und Politik, begleitet die Forschungsarbeiten des Fraunhofer IAF und berät die Institutsleitung sowie den Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft. Prof� Dr� Jasmin Aghassi-Hagmann Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe Dr� Gerd Hechtfischer Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, München Dr� Klaus Beilenhoff United Monolithic Semiconductor, Ulm Dr� Dennis Cherka (Institutsbetreuer) Fraunhofer-Gesellschaft, München Dr� Renata Jovanovic Deloitte GmbH Wirtschaftsprüfungsgesellschaft MinR Maik Kammermann Bundesministerium der Verteidigung, Bonn Prof� Dr� Oana Cojocaru-Mirédin INATECH, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Dr� Katrin Kobe Bosch Quantum Sensing, Ludwigsburg Prof� Dr� Jérôme Faist Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), Schweiz Dr� Johannes Koeth nanoplus GmbH, Gerbrunn Mehran Ghahremanpour Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg Dr� Nicolai Künzner Diehl Defence GmbH & Co. KG, Überlingen 56

59

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Ralf Lerner X-FAB Silicon Foundries SE, Erfurt Dr� Ulf Meiners (Vorsitzender) NICHIA Europe GmbH, Kronberg i. T. Dr� Dietmar Schill Sony Europe B.V., Stuttgart Dr� Gregory U’Ren United Monolithic Semiconductors, Paris, Frankreich Dr� Thomas Metzger Qualcomm Germany RFFE GmbH, München Andreas Wälti Evatec AG, Trübbach, Schweiz Dr� Heike Riel IBM Research, Zürich, Schweiz Dr� Thomas Roedle Infineon Technologies AG, Regensburg Prof� Dr� Jörg Wrachtrup 3. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart 57

60

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Patente Patentanmeldungen M� Dall´Ara, W� Hahn Method for controlling a quantum system using a control operator 10 2025 152 461.0, 12.12.2025, Deutschland C� Giese Method for Producing a Component 19/403 934, 30.11.2025, USA C� Giese Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes 25 219 392.5, 28.11.2025, EU M� Basler, S� Mönch Verfahren und elektronische Schaltung zur Messung eines Gesamtstroms mehrerer Halbleiterbauelemente 10 2025 141 932.9, 14.10.2025, Deutschland S� Leone Schicht und Verfahren zu ihrer Herstellung 10 2025 132 956.7, 10.08.2025, Deutschland P� Schätzle, P� Knittel, N� Lang Verfahren zur Abscheidung von Diamant 10 2025 127 020.1, 10.07.2025, Deutschland L� Lindner, F�P� Schall, J� Jeske, Y� Rottstaedt Magnetometer und Verfahren zur Erfassung eines zeitlich variablen Magnetfeldes 10 2025 126 504.6, 07.07.2025, Deutschland V� Lebedev, J� Weippert Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung 10 2025 121 315.1, 01.06.2025, Deutschland M� Krebsbach, T� Wellens, A� Abedi, H�-H� Kowalski Datenkodierung zur Verwendung für ein trainierendes maschinelles Lernmodell und zur Erzeugung synthetischer Daten 10 2025 121 128.0, 28.05.2025, Deutschland 58

61

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum M� Basler Halbleiterbauelement mit integrierter galvanischer Isolation und Verfahren zur Herstellung dieses Halbleiterbauelements 10 2025 110 895.1, 20.03.2025, Deutschland Q� Yang, T� Passow, H� Wenzel, J�-P� Koester, T� Tenzler Elektrisch gepumpte Photonenpaarquelle mit vertikaler Lichtkopplung 10 2025 109 998.7, 14.03.2025, Deutschland L� Lindner, Y� Rottstaedt, J� Jeske, F�P� Schall Magnetometer und Verfahren zur Erfassung eines Magnetfeldes 10 2025 109 708.9, 13.03.2025, Deutschland J� Engels, J� Kustermann Verfahren zur heteroepitaktischen Abscheidung von Diamant und damit hergestellter Wafer 10 2025 106 576.4, 20.02.2025, Deutschland Patenterteilungen S� Leone, C� Manz, H� Menner, J� Wiegert, J� Ligl Method and Apparatus for manufacturing a Semiconductor layer and substrate provided therewith 12 394 621, 19.08.2025, Deutschland S� Leone, C� Manz, H� Menner, J� Wiegert, J� Ligl Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Schicht, damit versehenes Substrat und dessen Verwendung 10 2019 212 821 B4, 12.06.2025, Deutschland S� Kaspar, M� Rattunde, T� Töpper, H� Wagner Optisch gepumpter Halbleiter-Scheibenlaser 10 2014 205 022 B4, 16.01.2025, Deutschland 59

62

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Abschlussarbeiten Dissertationen Konstantin Kuliabin Investigation of Scalability Challenges in Advanced RF Circuits and Systems, Universität Freiburg Niklas Mathes Widefield NV-Center Quantum Sensing for Non-Destructive Materials Testing, Universität Freiburg Philip Schätzle Stickstoffdotierte Diamant-Dünnschichten für das Quanten computing, Universität Freiburg Matthias Sinnwell On the Vertical Fin Field-Effect Transistor in Gallium Nitride: Expe- rimental Realization and Evaluation of the Frequency Capability for High-Power, High-Frequency Applications, Universität Freiburg Moïse Safari Mugisho Highly Efficient Digital Amplifier Architecture Based on GaN Technology, Universität Freiburg Video: »Meine Dissertation in 90 Sekunden« mit Moïse Safari Mugisho 60

63

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Masterarbeiten Ravi Teja Aditya Titel wird aufgrund einer Vertraulichkeitsvereinbarung nicht veröffentlicht, Universität Freiburg Pit Hüne Quantum Control Pulse Translation and Simulation for Computing with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond, Hochschule Hannover Alen Sebastian Investigation of the Enhancement/Depletion-Mode mHEMT Logic, Universität Freiburg* Karthik Jayadevan Classical v/s Quantum Optimization: Comparison of Runtime Scaling, Universität Freiburg Leon Büttner Development and Characterization of a Diamond Quantum Chip, Universität Freiburg Nikhil Kabbur Development of an Embedded System for Inline Elemental Detection in Laser Micromachining, Universität Freiburg* Anton A� Cholakov Active Cold-Load Gate Terminations in a 220 GHz Distributed Amplifier for Baseband Noise Figure Reduction in 35-nm InGaAs- mHEMT Technology, Eindhoven University of Technology Sahil Sarbadhikary Impact of the structure of the wave-function ansatz on accuracy and performance of quantum-chemistry calculations on Quantum Computers, RWTH Aachen Andreas Ehrat Investigation and optimization of ultra-wideband bias tees up to 110 GHz, Universität Freiburg Priyansh Shankhdhar Investigation of millimeter-wave Frequency Doublers in GaN HEMT MMIC Technology, Universität Freiburg* Jonas Hasenkrug Titel wird aufgrund einer Vertraulichkeitsvereinbarung nicht veröffentlicht, Universität Freiburg Pedro Weiler-Perez Titel wird aufgrund einer Vertraulichkeitsvereinbarung nicht veröffentlicht, Universität Freiburg *Abschlussarbeit erstellt an der Universität Freiburg; Betreuer am Fraunhofer IAF 61

64

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Lehraufträge Dr� Patricie Merkert »Grundlagen und mechanische Eigenschaften technischer Keramik« »Grundlagen des Innovationsmanagements für nachhaltige technische Systeme« Vorlesung & Übung Vorlesung & Übung Prof� Dr� Rüdiger Quay »RF and Microwave Circuits and Systems« »RF and Microwave System Design Course« »Sustainable Systems Engineering« »Energy Efficient Power Electronics« (mit O. Ambacher) »Schaltungstechnik/Circuit Technology« Vorlesung Praktikum Studienseminar Vorlesung & Übung Vorlesung Dr� Bersant Gashi »RF and Microwave Devices and Circuits« Vorlesung Dr� Florentin Reiter »Semiconductor and Quantum Devices« Vorlesung & Übung Dr� Thomas Wellens »Quantencomputer/Quantum Computing« Vorlesung & Übung Dr� Martin Walther »Optoelektronische Quantenbauelemente« Vorlesung 62

65

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Jun�-Prof� Dr�-Ing� Stefan Mönch »Elektromechanische Grundlagen der Medizintechnik – Elektrotechnik« »Einführung in die Elektrotechnik« Dr� Sébastien Chartier »SiGe BiCMOS Monolithic Microwave Integrated Circuit Design« Dr� Daniel Auer »Personalmanagement & Leadership« Dr� Peter Knittel »Farbzentren in Festkörpern« Vorlesung Vorlesung Vorlesung & Übung Vorlesung Dr� Florentin Reiter »Quantum Information Processing I: Concepts« Vorlesung & Übung Seminar Dr� Michael Basler »Leistungselektronik« Vorlesung 63

66

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Impressum Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF Tullastraße 72 79108 Freiburg Tel. +49 761 5159-0 info@iaf.fraunhofer.de www.iaf.fraunhofer.de Institutsleitung Dr. Patricie Merkert Prof. Dr. Rüdiger Quay Marketing und Kommunikation Lukas Kübler Tel. +49 761 5159-261 lukas.kuebler@iaf.fraunhofer.de Redaktion, Konzeption und Layout Dr. Violetta Budak, Jennifer Funk, Stefanie Griesser, Sandra Heitzmann, Lukas Kübler, Moritz Ringwald, Sandra Schneider Druck Fraunhofer-Druckerei Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck nur mit Genehmigung der Institutsleitung. © Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, Freiburg 2026 Bildnachweise © BMFTR, 1; © mimi – stock.adobe.com (generiert mit KI), 9; © ESA, 14, 21 (Oben), 23 (Oben), 29; © Diamond Materials, 17; © perfectlab – stock.adobe.com, 19; © Anna – stock.adobe.com (generiert mit KI), 23 (Mitte); © rottenman – stock.adobe.com, 27 (Unten); © Quantum Diamonds, 48; © EuMW/EuMIC, 50 (Links); © UCD, 51 (Rechts); © Uni Stuttgart / Jan Potente, 52 (Links); © Kai-Uwe Wudtke, 52 (Rechts); Generiert mit KI: 27 (Oben), 27 (Mitte), 39 (Unten), 50–53 Alle anderen Bilder © Fraunhofer IAF, Dr. Violetta Budak, Moritz Ringwald, Sandra Schneider 64

67

Jahresbericht 2025 / 2026 Vorwort Inhaltsverzeichnis Schlüsseltechnologien vorantreiben Kernkompetenzen schärfen Industrietransfer stärken Highlights 2025 Wissenswertes Das Institut im Überblick Kuratorium Patente Abschlussarbeiten Lehraufträge Impressum Newsletter und digitaler Jahresbericht Newsletter Wir informieren Sie über spannende Forschungsergebnisse, neue Projektvorhaben, anstehende Veranstaltungen und aktuelle Stellenangebote. s�fhg�de/iaf-nl Bleiben Sie auf dem Laufenden fraunhofer.iaf fraunhofer-iaf fraunhofer-iaf 2027 feiern wir unser 70-jähriges Jubiläum! Der Festakt findet am 29. Juni 2027 in Freiburg statt. Weitere Informationen rund um unser Jubiläumsjahr finden Sie auf unserer Webseite. Wir freuen uns darauf, dieses besondere Jahr gemeinsam mit Ihnen zu begehen!