Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) ist ein Teil der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) und bringt hierbei seine Expertise bei der Entwicklung von energieeffizienten Halbleiter-Komponenten ein. Es erforscht neuartige Materialien und entwickelt die notwendigen Bauelemente für Anwendungen wie Elektromobilität, Industrie 4.0 oder die mobile Kommunikation der Zukunft.

Dr. Yacoub, Sie forschen im Bereich der III/V-Elektronik und leiten am FBH das InP Devices Lab. Was versprechen Sie sich von Indiumphosphid?

Der zukünftige Kommunikationsstandard 6G zielt auf Frequenzen oberhalb von 100 GHz ab. Dies stellt neue Anforderungen an die Hardware sowie Hochfrequenzelektronik, was Konsequenzen für die Wahl der Halbleiter haben. Hetero-Bipolartransistoren (HBT) auf Basis des Halbleiters Indiumphosphid (InP) sind dank ihrer hohen Integrationsfähigkeit kompakt und liefern exzellente Leistungsdichten, hohe Betriebsspannung und damit, im Vergleich zu Silizium-basierten Technologien, hohe Ausgangsleistung. Zusammen mit mehrfachen Dünnschicht-Verdrahtungsebenen lassen sich komplexe monolithisch-integrierte Schaltungen auf geringer Fläche realisieren. Allerdings sind solche Schaltungen technologisch und prozesstechnisch sehr anspruchsvoll, da sie extrem skaliert werden müssen. Sie müssen also mehr Leistung auf kleinerer Fläche bieten – bei gleichbleibender Ausbeute. 

Wie können Sie diese Herausforderung lösen?

Ganz klar mit einer leistungsfähigen Anlagentechnik. Um die technologischen Anforderungen zu meistern, hat das FBH im Rahmen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland seine Anlagentechnik im Reinraum entsprechend aufgerüstet. Mit modernster E-Beam-Lithographie sind Strukturgrößen von nur 30 nm möglich. Weitere vollautomatische Hightech-Anlagen zum Ätzen oder Galvanisieren erhöhen nicht nur die Ausbeute und Homogenität der Schaltungen, sondern auch den Wafer-Durchsatz. 

Welche Möglichkeiten ergeben sich dadurch für Ihren Forschungsbereich?

Die neue, leistungsfähige Infrastruktur wird in verschiedenen nationalen und europäischen Vorhaben zum Einsatz kommen. Eines davon ist das Projekt ULTRAWAVE, in dem ein Konsortium eine neuartige drahtlose Systemarchitektur für die Kommunikation mit verbesserter Netzdeckung und nie dagewesenen Datenraten entwickelt. Das FBH liefert die dafür benötigten monolithischintegrierten Schaltkreise, die auf dem hauseigenen InP-DHBT-Prozess basieren. Dank einer Point-to-Multipoint-Infrastruktur im D-Band bei 140 GHz bietet die Systemarchitektur 100 Gbps im Umkreis von einem Quadratkilometer. Dies soll erstmalig in einem Testversuch in Valencia erreicht werden – Point-to-Point-Systeme im gleichen Frequenzband wurden von anderen Gruppen bereits in ersten Versuchen demonstriert. Das ULTRAWAVE-System nutzt einen Standard-Modemzugang und ermöglicht eine drahtlose Datenübertragung von bis zu einem Kilometer.

Hady Yacoub hat Elektrotechnik an der Deutschen Universität Kairo sowie Mikroelektronik und Kommunikationstechnik an der Universität Ulm studiert. Nach seinem Masterabschluss 2011 promovierte er 2017 an der RWTH Aachen mit Fokus auf III/V-Halbleiter-basierten Bauelementen für Hochleistungs- und Hochfrequenzanwendungen. Hady Yacoub kam 2018 als Postdoc an das Ferdinand-Braun-Institut in Berlin und leitet dort seit 2019 das InP Devices Lab. Er ist Autor und Ko-Autor von mehr als 20 Arbeiten aus dem Bereich der III/V-Halbleiter.