Die neueste Generation von Rechenzentren, die optische Datenübertragung nutzt, ist auf möglichst breitbandige Verstärker mit geringem Rauschen und hoher Ausgangsleistung angewiesen. (Symbolbild: KI/hiz)

 

Forschende des Fraunhofer IAF haben einen extrem breitbandigen verteilten Verstärker-Chip auf Basis der hauseigenen InGaAs-auf-Si-HEMT-Technologie entwickelt. Er erreicht zwischen 4 und 420 GHz eine Verstärkung von 11 ± 2 dB und ist für den Einsatz in Rechenzentren, Messsystemen und Sensoren prädestiniert. Zusammen mit weiteren neuen Entwicklungen im Bereich der Hochfrequenzelektronik präsentiert das Fraunhofer IAF den Chip vom 4. bis 9. Oktober 2026 bei der European Microwave Week in London (Stand B35).

 

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.

 

Vorangegangene Generation des Verstärker-Chips, gefertigt in der 35-nm-mHEMT-InGaAs-auf-GaAs-Technologie des Fraunhofer IAF. (Quelle: Fraunhofer IAF)

 

Hohe Bandbreite bei hoher Ausgangsleistung und niedrigem Rauschen

»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 Dr. Fabian Thome, Entwickler des MMIC und Stellvertretender Geschäftsfeldleiter Hochfrequenzelektronik am Fraunhofer IAF.

 

Breitbandige MMICs in der Anwendung: Rechenzentren, Messsysteme, Radarsensoren

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.

 

Fraunhofer IAF

Bei der European Microwave Week (EuMW) präsentieren Forschende des Fraunhofer IAF vom 4. bis 9. Oktober 2026 in London Ausstellungsexemplare des Verstärker-Chips wie auch weitere Innovationen der Hochfrequenzelektronik am Stand B35. Eine Live-Messung des Chips demonstriert der kooperierende Messtechnik-Hersteller FormFactor, Inc. an seinem Stand (D10).

 

Erstmals vorgestellt wurde der MMIC in dem Artikel: F. Thome and A. Leuther, »A 4–420-GHz Distributed Amplifier MMIC in a 20-nm InGaAs-on-Si HEMT Technology With 11 ± 2 dB Gain«, in IEEE Microwave and Wireless Technology Letters, vol. 35, no. 6, pp. 844–847, June 2025, doi: 10.1109/LMWT.2025.3551639.

 

Siehe auch:

https://www.iaf.fraunhofer.de/

https://www.iaf.fraunhofer.de/de/netzwerker.html