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Integrierte Schaltungen der Universität Wuppertal erschließen den Terahertz-Frequenzbereich (100GHz-10THz), einer der letzten „dunklen“ Bereiche des elektromagnetischen Spektrums.

Abbildung 1: Roadmap für Silizium-Germanium Prozesstechnologien.

Die kommerzielle Nutzung des Terahertz Frequenzbereichs benötigt in Zukunft kostengünstige und hoch-integrierte elektronische Systeme. Am Lehrstuhl für Hochfrequenz-Systeme in der Kommunikations-Technik wird unter Leitung von Prof. Dr. Ullrich Pfeiffer an Silizium-Integrierten Hochfrequenz- Schaltkreisen geforscht. In enger Industrie-Kooperation werden Silizium Prozess-Technologien entwickelt die bereits in einigen Jahren Transistoren mit Grenzfrequenzen von einem halben Terahertz erzielen sollen (Abbildung 1). Die Grenzfrequenzen von Silizium Hetero-Junction bipolar Transistoren (HBTs) wurde in der Vergangenheit schrittweise verbessert. Aktuelle Forschung und Entwicklung (R&D) befasst sich mit der 4-ten Generation von Silizium Transistoren die bereits in einigen Jahren Grenzfrequenzen von einem halben Terahertz erreichen sollen.

Abbildung 2: Forschungsschwerpunkte (DOTFIVE)

Als Partner im 7. Europäischen Forschungsrahmenprogramms (DOTFIVE) entwickelt die Universität Wuppertal Schaltungen für die moderne Information Technologie: Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung, Radar-Anwendungen für den Automotive Bereich, sowie mmWave/THz Bildgebung und Sensorik (Abbildung 2).

 

 

 

Abbildung 3: Prototyp eines 3x5 Pixel Silizium Kamera-Chips.


Silizium-Transistoren stehen auf einem Chip in fast unbegrenzter Anzahl und hoher Ausbeute (yield) zur Verfügung. Damit werden hochauflösende Focalplane-Arrays mit ausgeklügelter Signalverarbeitung ermöglicht. Aktuelle Prototypen nutzen die Wechselwirkung von Terahertz -Strahlung mit einem Zwei-Dimensionalen Elektronen Plasma aus und ermöglichen dadurch die Detektion von Terahertz -Strahlung bis zu 650 GHz (Abbildung 3).

Einsatzmöglichkeit von Terahertz-Kameras sind die Sicherheitskontrollen an Flughäfen: Terahertzwellen blicken durch Kofferwände und Kleidung hindurch und erkennen verborgene Waffen und Sprengstoffe. In der Medizin erhoffen sich die Forscher, durch ungefährliche Terahertzwellen zahlreiche Röntgenuntersuchungen zu ersetzen. In der Industrie eröffnen kompakte und schnelle Terahertz-Kameras Perspektiven für Radar-Anwendungen im Automotive Bereich oder zerstörungsfreie Qualitätsprüfungen am Fließband, da sie auch in viele Werkstoffe hinein blicken können.
Durchleuchtet man einen Brief offenbart sich dem Betrachter ein interessantes Bild: Text, Metallteile oder ID-Karten sind deutlich zu erkennen. Dabei erreicht man bei höheren Frequenzen eine bessere Auflösung aber die Stärke der Absorption erlaubt ebenso Rückschlüsse auf vorhandene Materialien.