Die Gruppe Millimeterwellen- & THz-Sensorschaltungen (MMTS) innerhalb der Abteilung Circuit Design und des Programms Hochfrequenz-Schaltungen ist auf den Entwurf und die Entwicklung integrierter Schaltungen (ICs) und Systeme für Millimeterwellen- und Sub-Terahertz-Sensoren (Sub-THz) spezialisiert.
Auf Basis modernster Silizium-Germanium (SiGe)-BiCMOS- und Silizium-Interposer-Prozesse entwickeln wir kompakte, leistungsfähige und skalierbare ICs für die nächste Generation von Sensorsystemen, deren Frequenzbereich von 6 GHz bis zu 1,1 THz reicht. Unser Fokus liegt auf der Realisierung hochmoderner Schaltungen und herausragender Leistungsmerkmale hinsichtlich Chipfläche, Bandbreite, Energieeffizienz, Ausgangsleistung und Rauschen. Hierzu entwickeln wir neuartige Schaltungsentwurfstechniken und nutzen die fortschrittlichsten am IHP verfügbaren Technologien.
Die Gruppe erforscht neue Anwendungen in höheren Frequenzbändern sowie Möglichkeiten, die sich durch fortschrittliche Integrationstechnologien ergeben. Sie entwickelt vollständig integrierte, komplexe Mehrkanal-Transceiver-ICs mit On-Chip-Antennen sowie Frontend-Boards, um modulare und wiederverwendbare Lösungen zu schaffen.
Darüber hinaus verfolgen wir Ansätze für heterogenen Entwurf und heterogene Integration, bei denen wir unsere internen Kompetenzen mit den spezifischen Vorteilen von III-V-Technologien wie InP-HBTs und InGaAs-mHEMTs kombinieren. Auf diese Weise adressieren wir die Anforderungen zukünftiger kompakter Hochleistungssensoren.
Forschungsrelevanz und Anwendungsbereiche
Unsere Forschung schlägt die Brücke zwischen Halbleitertechnologien und konkreten industriellen sowie gesellschaftlichen Anforderungen. Zu unseren wichtigsten Anwendungsfeldern zählen Industrie, Biomedizin, Raumfahrt, Telekommunikation sowie Test- und Messtechnik. Wir entwickeln hochauflösende Radar- und Bildgebungssysteme, skalierbare Multi-Mode- und Multi-Band-Sensoren sowie neuartige Sub-THz-Chipsätze. Diese Technologien bilden die Hardwarebasis für robuste, kompakte, anpassungsfähige, kontaktlose und hochpräzise Sensorsysteme.
Wir entwickeln Millimeterwellen- und Sub-THz-Transceiver-Schaltungen sowie Frontends für Radar, Bildgebung und integrierte Sensorik und Kommunikation. Unsere Arbeiten umfassen außerdem Permittivitätssensoren und Lab-on-Chip-Lösungen für biomedizinische Anwendungen, Spektroskopie-Chipsätze für Forschung und Raumfahrt sowie energieeffiziente Module für Systeme zur Gesundheitsüberwachung. Darüber hinaus untersuchen wir die Skalierbarkeit, Resilienz und Robustheit von Sensorsystemen der nächsten Generation.
Zentrale Forschungsziele
Radar- und Bildgebungssysteme
- Entwicklung hochauflösender Multi-Band-Multi-Mode-Radarsensorplattformen.
- Realisierung skalierbarer Millimeterwellen- und Sub-THz-Bildgebungsradarsysteme.
- Implementierung dreidimensional skalierter Sensorarrays unter Nutzung der IHP-eigenen Interposer-Technologie.
Spektroskopie- und biomedizinische Systeme
- Entwicklung von Spektroskopie-ICs bis 1,1 THz für Raumfahrtanwendungen.
- Integration von Mikrofluidik, Permittivitätssensoren und Ausleseelektronik für portable Lab-on-Chip-Lösungen.
- Weiterentwicklung von Multi-Band-Spektroskopie-ICs (z. B. 220–270 GHz und 440–540 GHz) für biomedizinische Analysen.
Low-Power- und energieeffiziente Architekturen
- Schwerpunkt auf Schaltungsdesigns mit niedriger Versorgungsspannung und geringem Energieverbrauch in vergleichsweise niedrigeren Frequenzbändern (z. B. 60-GHz- und 120-GHz-Transceiver) für batteriebetriebene Anwendungen.
- Implementierung energieeffizienter 30/40-GHz-Frequenzsynthesizer mit großem Abstimmbereich sowie subharmonisch injektionsgekoppelter Oszillatoren.
Resilienz und heterogene Integration
- Entwicklung resilienter und zuverlässiger MIMO-Transceiver mit integrierten Selbstkalibrierungs- und Selbsttestmechanismen.
- Weiterentwicklung der heterogenen Integration von SiGe-, III-V- und Interposer-Plattformen, um deren Leistungsvorteile zu kombinieren und Skalierbarkeit zu ermöglichen.
Forschungsbereiche
Millimeterwellen- und Sub-THz-Transceiver-Schaltungen
Dieser Forschungsbereich befasst sich mit der Entwicklung und Charakterisierung skalierbarer, leistungsfähiger Millimeterwellen- und Sub-THz-Transceiver-ICs, zentraler Hochfrequenz-Bausteine wie LNAs, PAs und Mischer sowie On-Chip-Antennen für Radar- und Bildgebungssysteme.
Sub-THz- und THz-Spektroskopieschaltungen
Dieser Forschungsbereich konzentriert sich auf die Entwicklung von Spektroskopie-IC-Lösungen für frequenzen bis 1,1 THz einschließlich des Co-Designs von Antennen und Linsen für Materialcharakterisierung, Weltraumforschung und medizinische Atemgasanalyse.
Biosensoren von Hochfrequenz bis Millimeterwelle
Dieser Forschungsbereich befasst sich mit der Erfassung komplexer Permittivität und mit Nahfelddetektion vom Ka-Band bis hin zu Sub-THz-Frequenzbändern für die Charakterisierung biologischen Gewebes und die nichtinvasive Gesundheitsüberwachung.
ISAC & heterogene Integration
Dieser Forschungsbereich untersucht Architekturen der nächsten Generation für integrierte Sensorik und Kommunikation sowie die Multi-Material-Integration mittels Interposern für eine hochdichte Skalierung und hohe Leistungsfähigkeit.
