{"id":329609,"date":"2021-12-17T13:53:23","date_gmt":"2021-12-17T12:53:23","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?post_type=selected&p=329609"},"modified":"2021-12-17T13:53:23","modified_gmt":"2021-12-17T12:53:23","slug":"geschwindigkeitsweltrekord-fuer-ultraschnelle-germanium-fotodioden","status":"publish","type":"selected","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/selected\/geschwindigkeitsweltrekord-fuer-ultraschnelle-germanium-fotodioden\/","title":{"rendered":"Geschwindigkeitsweltrekord f\u00fcr ultraschnelle Germanium-Fotodioden"},"content":{"rendered":"\n

Einen neuen Geschwindigkeitsweltrekord stellt die am IHP \u2013 Leibniz-Institut f\u00fcr innovative Mikroelektronik entwickelte, wellenleiter-gekoppelte Germanium-Fotodiode auf. so Leibniz Gemeinschaft in einer Pressemeldung<\/a>. Der Durchbruch gelang durch ein spezielles Design, in dem eine ultrad\u00fcnne Germanium-Lamelle als Teil einer Fotodiode auf einem Silizium-Wellenleiter integriert wurde. <\/p>\n\n\n\n

Die Ergebnisse der Spitzenforschung wurden in der renommierten Fachzeitschrift \u201eNature Photonics\u201c ver\u00f6ffentlicht, die eine Illustration der Fotodiode f\u00fcr das Cover der Dezember-Ausgabe w\u00e4hlte und damit den Stellenwert dieses Forschungsergebnisses betont.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

Optische Wellenleiter erm\u00f6glichen es, den exponentiell wachsenden Bedarf an Daten durch immer gr\u00f6\u00dfere Daten\u00fcbertragungsraten in Kommunikationssystemen gerecht zu werden. Nach der optischen\u00a0\u00dcbertragung \u00fcber die Glasfaser erfolgt eine Umwandlung des modulierten Lichts in elektrische Signale durch Fotodioden. Bisher konnten Anspr\u00fcche an h\u00f6chste Datenraten lediglich\u00a0durch InP-basierte Detektoren erf\u00fcllt werden.<\/p>\n\n\n\n

Neues Konzept<\/h2>\n\n\n\n

Einer internationalen Wissenschaftlergruppe unter Federf\u00fchrung des IHP ist es durch ein neuartiges Bauelementekonzept gelungen, eine wellenleiter-gekoppelte Germanium-Fotodiode herzustellen, die erstmals die Bandbreiten InP-basierter Fotodioden \u00fcbertraf. Die opto-elektronische Bandbreite der Germanium-Fotodiode konnte im Vergleich zum bisherigen IHP-Rekord von 2020 ohne Beeintr\u00e4chtigung wichtiger Paramter wie Effizienz und Dunkelstrom\u00a0mehr als verdoppelt werden. <\/p>\n\n\n\n

Damit ist die vorgestellte Fotodiode die schnellste ihrer Art. Dies hat unmittelbare Relevanz f\u00fcr Anwendungen mit ultraschneller Daten\u00fcbertragung, beispielsweise in der Kommunikation, aber auch bei Signalgenerierung und Sensorik. Insbesondere die Realisierung in einem Silizium-kompatiblen Materialsystem erm\u00f6glicht es, zuk\u00fcnftige elektro-photonische Systeme h\u00f6chster Performance kosteneffizient und in gro\u00dfen St\u00fcckzahlen zu fertigen.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

\u201eKommerzielle Germanium-Fotodioden weisen opto-elektrische Bandbreiten um die 50 GHz auf\u201c, erkl\u00e4rt IHP-Wissenschaftler Dr. Stefan Lischke, der Erstautor der Ver\u00f6ffentlichung. Seit 2007 ist er am IHP t\u00e4tig und war bereits 2015 an der Aufstellung des ersten Weltrekords von 67 GHz Bandbreite einer IHP-Germanium-Fotodiode beteiligt.\u00a0 Stefan Lischke promovierte 2017 zu integrierten Fotodioden, mit dem Ziel nach Abschluss seiner Dissertation das Bauteil weiter zu entwickeln.<\/p>\n\n\n\n

Wegweiser<\/h2>\n\n\n\n

Erste Ver\u00e4nderungen im Layout und Optimierungen im Fertigungsprozess f\u00fchrten 2020 zum Teilerfolg: Eine Fotodiode mit 110 GHz konnte auf dem International Electron Devices Meeting (IEDM) vorgestellt werden, der renommiertesten Konferenz auf dem Gebiet elektrischer Bauelemente. Im Rahmen der weiteren Bauelementeforschung fanden Wissenschaftler und Prozessingeneure einen Weg, die neue Fotodiode mit noch kleineren Dimensionen in der Pilotlinie des IHP zu fertigen. <\/p>\n\n\n\n

\u201eWir wussten, dass uns da etwas Wegweisendes gelungen ist\u201c, sagt Stefan Lischke voller Begeisterung. \u201eDie sehr kleine Fotodiode weist an ihrer schmalsten Stelle eine Breite von nur ca. 60 Nanometer auf, also eine Schichtdicke von etwa 500 Germanium-Atomen. Diese Dimensionen sind der Schl\u00fcssel\u00a0f\u00fcr die hohe Geschwindigkeit.\u201c F\u00fcr die Messung der Bandbreite wurde das Bauteil in die USA, zur Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Andreas Behling an der Universit\u00e4t von Virginia, geschickt. Das Spitzenteam in den USA ist in der Lage Frequenzen bis 350 GHz zu messen und konnte so den Weltrekord der Germanium-Fotodiode auf 265 GHz verifizieren.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

Bauelemente<\/h2>\n\n\n\n

\u201eF\u00fcr eine solche Entwicklung wird neben au\u00dfergew\u00f6hnlicher technischer und technologischer Expertise auch Kreativit\u00e4t, Leidenschaft und Engagement ben\u00f6tigt\u201c, w\u00fcrdigt der Wissenschaftlich-Technische Gesch\u00e4ftsf\u00fchrer des IHP, Prof. Dr. Gerhard Kahmen, die Leistung. \u201eDem Team Siliziumphotonik in der Abteilung ,Technology\u2018 am IHP ist es gelungen, die Fotodiode als eines der wichtigsten Bauelemente so weiterzuentwickeln, dass sie f\u00fcr extrem hohe Datenraten jenseits von Terrabit pro Sekunde zum Einsatz kommen kann. Die Entwicklung dieses Rekordbauelements unterstreicht, dass die industrienahe deutsche Forschung in der Lage ist, im Bereich der Halbleitertechnologie Spitzenleistungen zu erzielen. Solche Ergebnisse sind notwendig, um einen Schritt in Richtung Technologie-Souver\u00e4nit\u00e4t zu gehen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

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