Verstärker für Rechenzentren, Messsysteme und Sensoren
Fraunhofer IAF präsentiert Verstärker-Chip auf Basis der hauseigenen InGaAs-auf-Si-HEMT-Technologie bei der European Microwave Week 2026.
Moderne Rechenzentren, hochgenaue Messsysteme und hochauflösende Radarsensoren sind auf extrem breitbandige Verstärker-Chips angewiesen, die sowohl geringes Eigenrauschen als auch hohe Ausgangsleistungen aufweisen. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF haben eine monolithisch integrierte Mikrowellen-Schaltung (monolithic microwave integrated circuit, MMIC) mit herausragenden Werten in den genannten Bereichen entwickelt.
Der verteilte Verstärker (distributed amplifier, DA) erreicht eine Verstärkung von 11 ± 2 dB im Frequenzbereich zwischen 4 und 420 GHz. Er basiert auf Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (high-electron-mobility transistors, HEMT), die im Materialsystem Indiumgalliumarsenid auf Silizium-Substraten (InGaAs-auf-Si) mit einer Gate-Länge von 20 nm realisiert wurden. Vorangegangene Generationen der Chips entstanden noch auf Galliumarsenid-(GaAs-)Substraten und mit einer Gate-Länge von 35 nm.
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„Der entwickelte Verstärker-MMIC zeichnet sich durch eine einmalige Kombination der relevanten Parameter Bandbreite, Rauschen und Ausgangsleistung aus. Bis zu einer Frequenz von 202 GHz erreicht er Rauschzahlen zwischen 3,2 und 7,7 dB, in einer auf niedriges Rauschen optimierten Einstellung liegen diese zwischen 2,8 und 6,7 dB. Die gesättigte Ausgangsleistung bewegt sich zwischen 6 und 8 dBm“, erläutert Fabian Thome, Entwickler des MMIC und stellvertretender Geschäftsfeldleiter Hochfrequenzelektronik am IAF.
Insbesondere für die neueste Generation von Rechenzentren, die optische Datenübertragung nutzen, sind derart breitbandige Verstärker relevant. Sie kommen in den Schnittstellen zum Einsatz, in denen optische in elektrische bzw. elektrische in optische Signale umgewandelt werden. Die optische Datenübertragung ermöglicht höhere Geschwindigkeiten und kompaktere Aufbauten. Die zunehmende Verbreitung von Anwendungen im Bereich der Künstlichen Intelligenz erhöht den Bedarf an modernen Rechenzentren massiv.
Daneben ermöglichen breitbandige Chips mit niedrigem Rauschen und hoher Ausgangsleistung signifikant präzisere Messsysteme und höher auflösende Radarsensoren. Durch performantere Chips steigen Auflösung, Reichweite und Empfindlichkeit der Systeme signifikant an.
Erstmals vorgestellt wurde der MMIC in einem Fachartikel 2025, jetzt haben ihn die Forschenden vom 4. bis 9. Oktober bei der European Microwave Week – EuMW 2026 – in London präsentiert und eine Live-Messung des Chips demonstriert. [Fh.-IAF / dre]
Weitere Informationen
- Originalveröffentlichung
F. Thome & A. Leuther, A 4–420-GHz Distributed Amplifier MMIC in a 20-nm InGaAs-on-Si HEMT Technology With 11 ± 2 dB Gain, IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett. 35 (6), 844–847, Juni 2025, DOI: 10.1109/lmwt.2025.3551639 - F&E im Bereich der Hochfrequenz- und Leistungselektronik, Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, Freiburg i.Br.
