Zuverlässige 6G-Satellitenkommunikation dank neuartiger Halbleiterbauelemente
Leistungsfähige und hochzuverlässige Kommunikationsnetze bilden das Rückgrat einer vernetzten und digitalisierten Wirtschaft und Gesellschaft. Der zukünftige Mobilfunk der 6. Generation (6G) ist dabei die Schlüsseltechnologie für viele neuartige Anwendungen, die hohe Anforderungen an Leistungsfähigkeit und weltweite Verfügbarkeit stellen. Um diese Anforderungen im Regelbetrieb zu erfüllen und eine globale Netzabdeckung zu erzielen, werden bereits heute terrestrische 5G-Systeme um satellitengestützte Kommunikationssysteme erweitert. In dem eingeplanten Frequenzspektrum von 33 bis 75 Gigahertz werden jedoch Sendeverstärker mit hoher Bandbreite und Ausgangsleistung benötigt, die auch unter Weltraumbedingungen zuverlässig funktionieren. Integrierte Schaltungen auf Basis neuartiger Halbleitermaterialien können dies leisten. Bis zur Einführung von 6G müssen allerdings noch grundlegende technologische Herausforderungen bei der Entwicklung dieser Komponenten bewältigt werden.
Das Projekt „Nitrid-basierte, dispersionsarme, effiziente Millimeterwellenbauelemente für strahlungsfeste Satellitenkommunikation – Technologie für Übermorgen (Nitrides-4-6G)“ zielt darauf ab, auf Basis der neuen Halbleiter Galliumnitrid (GaN) und Aluminiumnitrid (AlN) leistungsfähige Bauelemente und Schaltungen für die satellitengestützte 6G-Kommunikation zu erforschen und zu entwickeln. Im Projekt werden dafür GaN- und AlN-Scheiben in hoher Reinheit hergestellt und technologische Prozesse für die Strukturierung von Bauelementen und Schaltungen auf den GaN-/AlN-Scheiben erarbeitet. Als Kernziel sollen Materialdefekte reduziert werden, um die Hochfrequenz-Eigenschaften der Leistungsbauelemente zu verbessern. Bestehende Produktionsprozesse werden weiterentwickelt, um die GaN-/AlN-Scheiben mit einem größeren Durchmesser herzustellen und damit die Fertigungskosten signifikant zu senken. Zuletzt werden die entwickelten Schaltungen bezüglich Strahlungsfestigkeit und Einsatzfähigkeit in der Weltraumumgebung getestet.
Die im Projekt entwickelten und gefertigten, defektarmen GaN- und AlN-Substrate können erstmals den benötigten Sprung in der Leistungsdichte, Effizienz und Zuverlässigkeit von Sendeverstärkern aufzeigen, der für den Einsatz in der satellitengestützten 6G-Kommunikation nötig ist. Auf Basis der Projektergebnisse kann im Erfolgsfall die Produktvielfalt der deutschen und europäischen Industrie entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Materialherstellung über die Schaltungsentwicklung bis hin zur Anwendung erweitert werden. Der Aufbau einer resilienten Lieferkette stärkt zudem die nationale und europäische Souveränität in hohem Maße.