EFRE THzIZ

Terahertz-Integrationszentrum

Die im ZHO von den Fachgebieten BHE und OE entstehenden THz-Halbleiterchips sind sind in der internationalen research community gut bekannt -- jetzt werden im ZHO die Möglichkeiten zur Realisierung ganzer THz-Module geschaffen. Dies ermöglicht die Zusammenarbeit mit Industrie und Forschungsinstituten auf der Systemebene, für die Anwendungen von übermorgen: 6G Terahertz-Kommunikation mit mehr als 100 Gigabit/s Datenraten, modernste Radare, Materialerkennung und medizinische Bildgebung. Für neue Produktionsanlagen und Geräte erhält die UDE über 6,5 Millionen Euro aus Landes- und EU-Mitteln aus der Förderlinie EFRE/NRW.Forschungsinfrastrukturen. Dadurch entsteht ein deutschlandweit einmaliges universitäres Terahertz-Integrationszentrum (THzIZ), das die Breite vom Material über Chiptechnologie bis zu modulen und Systemen abdeckt.

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Forschungsprojekt ForLab SmartBeam

Forschungslabor Mikroelektronik Duisburg-Essen für Hochfrequenz-Strahlformung

Im Forschungslabor Mikroelektronik (ForLab) SmartBeam werden elektronische und photonische Höchstfrequenz-Chips entwickelt. Neue Anwendungen in der Robotik und im autonomen Verkehr erfordern hochaufgelöste Radarsysteme mit der Fähigkeit zur Materialunterscheidung. Dies kann mit Trägerfrequenzen im THz-Frequenzbereich erreicht werden. Um THz-Strahlung mit ausreichender Intensität zu generieren, müssen einzelne THz-Emitter zusammengeschaltet werden. Diese "phased array" Konfigurationen ermöglichen die Ablenkung des Strahls in beliebige Richtungen, zum Scannen des Umfelds -- dies ist das Ziel von ForLab SmartBeam.

Das ForLab SmartBeam wird vom BMBF bis 2021 mit 4 M€ gefördert: eine neue Kristallzuchtanlage (metal-organic vapor phase deposition) für das Wachstum von Halbleiterstrukturen für THz-Transistoren, eine Anlage zur Atomlagenabscheidung (ALD) sowie THz-Messinstrumente werden in diesem Projekt neu beschafft. Neben BHE sind an ForLab die Fachgebiete OE und DSV beteiligt.

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JointLab Innovative Materialien und Bauelemente für die Terahertz-Elektronik

Joint Lab InP Devices von Universität Duisburg-Essen und Ferdinand-Braun-Institut, Berlin

Die UDE hat mit dem Ferdinand-Braun-Institut in Berlin das Joint Lab "InP Devices" gegründet. 
Das Joint Lab greift auf die komplementären Infrastrukturen des FBH und der UDE zu, um die grundlegende Material- und Bauelementforschung an der UDE – mit Schwerpunkt auf Indiumphosphid (InP) – mit der industrietauglichen Prozesstechnologie des FBH zu kombinieren. Mit InP-basierten monolithisch integrierten HF-Schaltkreisen (MMIC) lassen sich höchste Frequenzen im Terahertz (THz)-Band erreichen und somit neue Systemanwendungen kostengünstig realisieren. Gemeinsam erforschen die Partner innovative Halbleiterstrukturen und -bauelemente für THz-Anwendungen und entwickeln integrierte Komponenten für den Einsatz der elektronischen THz-Technologie. Die Applikationen liegen unter anderem in der zerstörungsfreien Materialprüfung, der hochauflösenden medizinischen Bildgebung sowie in Breitbandkommunikations-Systemen. 

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DFG Sonderforschungsbereich/Transregio SFB/TRR 196 MARIE

Mobile Material Transceiver

Das Fachgebiet BHE ist im SFB/TRR MARIE mit zwei Teilprojekten beteiligt: C02 und C11. In beiden Projekten geht es um die Erforschung effizienter elektronischer Terahertz-Quellen. Diese Quellen werden mit resonanten Tunneldioden (RTD) und Heterostruktur-Bipolartransistoren (HBT) mittels spezieller Halbleiter-Prozesse im Materialsystem Indiumphosphid realisiert. Oszillatoren können auch bei THz-Frequenzen noch effizient betrieben werden. Von besonderer Bedeutung ist die Kontrolle der abgestrahlten Frequenz und der Phasenlage der Oszillatoren, um diese in Feldern zusammenschalten zu können. Hierbei wird das Prinzip des "subharmonic injection locking" angewendet, d.h. die Oszillatoren werden an einen Kontroll-Oszillator mit 2x oder 3x niedriger Frequenz phasenstarr gekoppelt.

 

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Doctoral Training Network in Terahertz

Technologies for Imaging, Radar and Communication Applications (TeraApps)

TeraApps ist ein europäisches Marie-Skłodowska-Curie Doktoranden Netzwerk für Terahertz-Technologien unter Führung der University of Glasgow. Es umfasst 15 Doktorenden, die auf dem multidisziplinären Gebiet der Halbleiter-Terahertz-Technologien in 10 führenden europäischen Laboren in Wissenschaft und Industrie eine ausgezeichnete Ausbildung für die Anwendungsbereiche Bildgebung, Radar, Kommunikation und Sensorik erhalten. In Duisburg sind die Fachgebiete BHE und ATE beteiligt.

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DFG-Forschungsprojekt Schnell modulierbare Nanodraht-LED im blau/grünen Spektralbereich

Nanodraht-LED blau/grün

Gallium Nitrid Leuchtdioden mit Indium Gallium Nitrid Quantenbrunnen marginalisieren den Energiebedarf der Beleuchtung. Aber die Modulation des Lichtes aus diesen Quantenbrunnen wird durch interne elektrische Felder sehr langsam und verhindert Anwendungen in der optischen Kommunikationstechnik. Die Seitenfläche von GaN Nanodrähte sind feldfrei und weisen hier einen Ausweg zu Rekordwerten der optischen Datenübertragung.

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DFG-Forschungsprojekt Nanodraht-Heterostruktur Bipolartransistor (NW-HBT)

III/V Nanodraht Kern/Hülle-Strukturen bieten eine komplexe nanoskalige Topologie für Hetero Bipolartransistoren. Für die Funktion des Bauelementes ist ein Verlust armer Transport der Minoritäten durch die Basis entscheidend. Das Projekt zielt auf eine geeignetes Materialdesign für eine höchst effiziente Unterdrückung der Rekombinationsmechanismen mit dem Ziel damit erstmalig mit einen Nanodraht Bipolartransistor zu demonstrieren.

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DFG-Forschungsprojekt Analyse des Ladungstransportes in Ladungstrennenden III/V Nanodraht Kontakten

Der Leckstrom über p-n-Kontakte in Halbleiternanodrähten ist Größenordnungen oberhalb der theoretischen Modelle und limitiert p-n-Anwendungen in Solarzellen, Leuchtdioden und Transistoren. In diesem Projekt werden Leckstrom Mechanismen analysiert und Strategien zur Reduktion entwickelt. Am Beispiel der tunnelunterstützten Defektrekombination gelang eine experimentelle Absenkung des Leckstroms um viele Größenordnungen.

Projektpartner: Prof. Thomas Hannappel, TU Ilmenau

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