Forschungsprojekte
DFG Sonderforschungsbereich/Transregio SFB/TRR 196 MARIE
Die Vision von MARIE ist eine präzise und dynamische Charakterisierung und Lokalisierung von bewegten Objekten/Materialien in unserem Alltag mithilfe eines mobilen Material Transceivers. Das Fachgebiet BHE ist im SFB/TRR MARIE mit dem Teilprojekt C02 beteiligt. In dem Projekt geht es um die Erforschung effizienter elektronischer Terahertz-Quellen. Diese Quellen werden mit resonanten Tunneldioden (RTD) 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.
EU-Forschungsprojekt (HORIZON) Move2THz - Sustainable InP platform and ecosystem upscaling, enabling future mass market (sub-)THz applications
InP (Indiumphosphid) ist ein Halbleitermaterialsystem, das gut für Hochfrequenztransistoren > 100 GHz geeignet ist. Im EU-Verbundprojekt Move2THz wird die Indiumphosphid-Plattform entlang einer vollständig integrierten europäischen Wertschöpfungskette zu einer nachhaltigen und kommerziell tragfähigen Technologie, die Massenmarktanwendungen wie für mobile Datenkommunikation und RF/Bio-Sensorik ermöglicht, die Frequenzen bis hin zum THz-Bereich zu nutzen.
Im Fachgebiet BHE erforschen und entwickeln wir die Materialsynthese von Indiumphosphid für Hochfrequenz-Transistoren in 6G- und THz-Anwendungen.
DFG-Forschungsprojekt Entwicklung von 3D-III-Nitrid-Resonanztunneldioden
Der THz-Frequenzbereich hat in vielen Anwendungsbereichen erhebliches Interesse geweckt. Ein vielversprechender Ansatz ist die Nutzung ultraschneller, elektronischer resonanter Tunnelprozesse in sogenannten resonanten Tunneldioden (RTD) zur Verstärkung im THz-Frequenzbereich. Im Vergleich zum InP-Materialsystem können Strukturen aus GaN/AlGaN bei höheren Betriebsspannungen betrieben werden und damit die RF-Ausgangsleistung gesteigert werden. Dabei gibt es jedoch zwei große Herausforderungen: Die Kristallqualität der Heterostruktur und das interne Polarisationsfeld. Eine mögliche Lösung für beide Herausforderungen ist die Verwendung von 3D-Strukturen. Ziel des Projekts ist daher die Entwicklung von auf m-Ebenen gewachsenen GaN/AlGaN RTDs auf Saphir-Substraten. Die 3D-Struktur basiert auf selektiver „bottom-up“ Flächenepitaxie, um Zugang zur m-Ebene zu erhalten und die Defektdichte in den aktiven Schichten zu verringern. Die Epitaxie-Entwicklung und Optimierung der Bauelemente erfolgt dabei mittels physikalischer Simulationen, kristallographischer Untersuchungen sowie durch die elektrische Analyse einzelner Drähte mittels Multi-Spitzen-STM in Kooperation mit Prof. Hannappel, TU Ilmenau.
Forschungsnetzwerk NRW terahertz.NRW
terahertz.NRW ist ein Netzwerk, welches an der Etablierung einer exzellenten, globalen Plattform für Terahertz-Forschung arbeitet. Die Forschungsfelder umfassen Kommunikation & Lokalisierung, Materialcharakterisierung, Medizintechnik sowie Umweltmonitoring. Das Fachgebiet BHE ist dabei an den Arbeitspaketen zur Transceiver-Technologien beteiligt.
JointLab FBH-BHE Innovative Materialien und Bauelemente für die Terahertz-Elektronik
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.
DFG-Forschungsprojekt Verbesserung der Linearität von InP DHBTs für Sub-THz-Breitband-Anwendungen
Ein besseres und grundlegenderes Verständnis der Linearität von THz-Transistoren ist von entscheidender Bedeutung, um technologische Antworten auf die Anforderungen von drahtlosen 300-GHz-Systemen zu finden. Für Verstärkungs- und Mischeranwendungen in zukünftigen 6G-Breitband-Transceivern, die bei 300 GHz arbeiten, sind optimierte InP-Doppel-Heterostruktur-Bipolartransistor Strukturen in Verbindung mit einer genauen physikalischen Simulation und einer kompakten Bauelementmodellierung für das Schaltungsdesign erforderlich. Dieses Projekt zielt nicht nur darauf ab, die Linearität von InP DHBTs durch Optimierung der Zusammensetzung des Basis-Kollektor-Übergangs zu verbessern, sondern auch auf eine umfassende Analyse und das Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen.
Abgeschlossene Forschungsprojekte
BMBF-Verbundforschungsprojekt6GEM - 6G Forschungshub für offene, effiziente und sichere Mobilfunksysteme
Mit ihrem Antrag „6GEM open – efficient – secure – safe“ konnten sich die RWTH Aachen, die Ruhr-Universität Bochum, die Technische Universität Dortmund und die Universität Duisburg-Essen in einer Ausschreibung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) durchsetzen. Die vier Hochschulen arbeiten ab 1. August 2021 gemeinsam mit vier außeruniversitären Forschungseinrichtungen zu zukünftigen Kommunikationstechnologien in der 6G-Mobilfunktechnik. Mitantragsteller waren das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik, das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme, das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik sowie das Max-Planck-Institut für Sicherheit und Privatsphäre.
Förderung: von 2021 bis 2025
NRW.ForschungsinfrastrukturenTerahertz-Integrationszentrum - THzIZ
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.
Förderung: von 2019 bis 2022
DFG-ForschungsprojektAnalyse 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
Förderung: von 2019 bis 2023
DFG-ForschungsprojektSchnell modulierbare Nanodraht-LED im blau/grünen Spektralbereich
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.
Förderung: von 2017 bis 2022
ForschungsprojektForschungslabor Mikroelektronik Duisburg-Essen für Hochfrequenz-Strahlformung (ForLab SmartBeam)
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.
EU-Forschungsprojekt (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.
Förderung: von 2018 bis 2021
DFG-ForschungsprojektNanodraht 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.
Förderung: von 2015 bis 2020