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Halbleiter-Technologie erreicht Rekord-Effizienz
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte
Festkörperphysik
astronews.com
10. September 2025
Forschende haben eine GaN-Transistor-Technologie entwickelt,
die künftig kompakte Aktivantennen für hochbitratige Datentransfers im Ka-, Q-
und W-Band ermöglichen und somit zum Auf- und Ausbau lückenloser und resilienter
globaler Kommunikationsnetze durch High-Throughput-Satelliten beitragen soll,
die in verhältnismäßig niedrigen Orbits die Erde umkreisen.
4-Zoll-GaN-auf-SiC-Wafer der
GaN07-Technologie des Fraunhofer IAF. Die Wafer
werden vollständig in der hauseigenen
Halbleiterlinie hergestellt und getestet -
einschließlich Design, Epitaxie,
Waferverarbeitung und Charakterisierung.
Foto: Fraunhofer IAF [Großansicht] |
Zukünftige globale Kommunikationsnetzwerke, die auch abgelegene
Regionen abdecken, möglichen Störquellen standhalten und im Katastrophenfall
einspringen, müssen verlässlich hohe Datenraten verarbeiten können. Eine
vielversprechende Möglichkeit zur Realisierung solcher Netzwerke bilden High-Throughput-Satelliten
(HTS) im erdnahen und/oder geostationären Orbit (LEO/GEO), die die breitbandigen
Ka-, Q- und W-Frequenzbänder nutzen und strengen Modulationsschemata folgen. Die
für entsprechende Kommunikationssysteme nötige Hardware, Aktivantennen für
elektronische Strahlsteuerung (electronic beam steering), ist auf äußerst
effiziente Leistungsverstärker mit hoher Linearität angewiesen. Die
erforderliche Kompaktheit der Aktivantennen führt bei bisherigen Komponenten zu
thermischen Problemen.
Daher haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte
Festkörperphysik IAF Leistungsverstärker-Transistoren mit hoher
Elektronenbeweglichkeit (HEMT) auf Basis des Wide-Bandgap-Verbindungshalbleiters
Galliumnitrid (GaN) entwickelt, die eine Gatelänge von nur 70 nm aufweisen. Die
gemessenen Effizienzwerte zeigen das große Potenzial der neuartigen Technologie
für kommende Anwendungen in der Satellitenkommunikation. "Die am Fraunhofer IAF
entwickelten GaN-Leistungsverstärker-HEMTs ermöglichen dank ihrer hohen
Linearität und Effizienz kompaktere und energiesparsamere Kommunikationssysteme
für Satelliten. Mit unserer innovativen Technologie leisten wir einen wichtigen
Beitrag zum Auf- und Ausbau lückenloser und resilienter globaler
Kommunikationsnetze", erläutert Dr. Philipp Döring, Wissenschaftler in der
Abteilung Technologie des Fraunhofer IAF.
Entwickelt, gefertigt und charakterisiert wurden die GaN-HEMTs in der
hauseigenen Halbleiterlinie in den Abteilungen Epitaxie, Technologie und
Mikroelektronik am Fraunhofer IAF. Testmessungen führten die Forschenden sowohl
auf vereinzelten Transistoren wie auch direkt auf dem Wafer durch. Die neue
Technologie erreichte dabei unter satellitentypischen Bedingungen Rekordwerte
hinsichtlich der Effizienz.
Die Ergebnisse entstanden im Rahmen der Projektarbeit an den Vorhaben
Magellan und GANYDEM170. Magellan wird von der ESA gefördert und zielt auf die
Entwicklung hocheffizienter Millimeterwellen-GaN- Hochleistungsverstärker für
GEO- und LEO-Aktivantennenanwendungen. GANYDEM170 wird als IPCEI (Important
Project of Common European Interest) vom Bundesministerium für Wirtschaft und
Energie (BMWE) gefördert und ermöglicht die Realisierung einer industriefähigen
Millimeterwellen-GaN-Technologie für messtechnische Anwendungen.
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