More-than-Moore

Das gemeinsame Labor bündelt das Know-how der beiden akademischen Institutionen. Der Fokus liegt auf der Erforschung und Entwicklung von integrierten  mm-Wellen-Schaltkreisen. Das Hauptziel besteht darin, die Forschungskapazitäten durch einen komplementären Forschungsansatz zu erweitern und die internationale Sichtbarkeit zu erhöhen. Seit 2014 hatten mehr als 45 Studierende der Universität Sabanci die Möglichkeit, ihre Praktika am IHP zu absolvieren. Einige von ihnen schließen an ihr erfolgreiches Praktikum die Promotion am IHP an. Sie alle leisten einen wesentlichen Beitrag zu den gemeinsamen Forschungsarbeiten. Dem Joint Lab ist es gelungen, Mittel der Türkischen Anstalt für Wissenschaftliche und Technologische Forschung TUBITAK zur Finanzierung der Kooperation und gemeinsamen Entwicklung von RFMEMS-Technologien zu erhalten. Die Joint-Lab-Kooperation beinhaltet mittlerweile nicht mehr nur den Austausch von Studierenden, sondern auch eines leitenden Wissenschaftlers. Im Sommer 2019 haben 11 Studierende der Sabanci-Universität ihr Praktikum am IHP absolviert (siehe Abbildung). Aus der Forschung, die sie während des Praktikums durchgeführt haben, haben sie als Co-Autoren zu einer akademischen Publikation beigetragen.

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    Der Forschungsschwerpunkt des Joint Labs ist die Entwicklung von:  

    • Technologiemodulen auf dem BiCMOS-Prozess für den "More-than-Moore"-Forschungspfad
    • mikro- und nanoelektronischen Bauelemente
    • mikro- und nanoelektromechanischen Systeme (MEMS-NEMS)
    • heterogenen und 3D-Packaging-Technologien für RF- und mm-Wellen-Schaltungen
    • mikrofluidischen Technologien für Lab-on-Chip-Bio-Sensorik-Anwendungen
    • Schaltungsdesign für RF-, mm-Wellen- und THz-Anwendungen

    Komplementärer Forschungsansatz:

    • IHP: Basierend auf einer "More than Moore"-Forschungsstrategie bringt das IHP die fortschrittliche BiCMOS-Technologie und die Fähigkeiten zur Si-Fertigung zusammen mit den Offline-Charakterisierungs- und mm-Wellen-Messverfahren ein
    • Sabanci Universität: Experimentelle Fähigkeiten zum Hinzufügen von Prozessen/Modulen in einem Post-Processing-Ansatz und mm-Wellen-Schaltungsentwurfstechniken, die auf Anwendungen in gemeinsamen Projekten abzielen
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    Entwicklung von High TCR Multiple Quantum Well (MQW) SiGe-Mikrobolometer-Arrays für Hochleistungs-Infrarot-Imaging-Systeme

    Durch den Einsatz in ungekühlten Systemen haben Mikrobolometer einen Anteil von mehr als 90 Prozent am Infrarot-Imaging-Markt. Der Temperatur-Widerstands-Koeffizient (TCR), als Maß für die Leistungsfähigkeit, ist sehr wichtig für die Empfindlichkeit des Mikrobolometer-Arrays. In diesem Projekt wird ein TCR-Wert von 5,5 %/K durch die Verwendung von 50 Prozent Ge-Konzentration zusammen mit einigen speziellen Kohlenstoff-Delta-Schichten und Dotierprofilen erreicht. Es werden Detektor-Arrays vom Typ Multiple Quantum Well (MQW) im monokristallinen Silizium-Germanium (SiGe)-Prozess verwendet, die sehr empfindlich auf thermische Veränderungen reagieren. Im Rahmen des Projekts werden vollständig kundenspezifische integrierte Schaltungen mit Array-Abmessungen von 80 x 60 und 320 x 240 entworfen, hergestellt und verifiziert. Schließlich wird ein flexibles, mit vielen Bildgebungssystemen kompatibles, Bildgebungsmodul entworfen und verifiziert, das es ermöglicht, verschiedene Versorgungs- und Bias-Spannungen sowie Steuersignale zu erzeugen. Die Verbesserung der TCR des SiGe-MQW-Detektors, bei gleichzeitig geringem Rauschen, ist ein wesentlicher Beitrag zum Stand der Technik. Im Rahmen des Projekts wurden vier Fachartikel und vier Konferenzbeiträge in angesehenen Fachzeitschriften veröffentlicht. Eine Doktorarbeit wird ebenfalls im Rahmen des Projekts durchgeführt. Die entwickelte Low-Cost-Mikrobolometer-Technologie soll in zivilen Nachtsichtsystemen eingesetzt werden und wird in dieser Hinsicht einen wirtschaftlichen Einfluss haben.

    240 GHz spannungsgesteuerte Oszillatoren aufgrund der variablen Kapazitätsleistungen

    Design und Herstellung anderer Sub-Blöcke, wie rauscharme Verstärker, Leistungsdetektoren und Einpol-Doppelschalter, werden in diesem Projekt ebenfalls entworfen, um ein Radiometersystem aufzubauen. Im Rahmen des Projekts wurden ein Fachartikel und vier Konferenzberichte in angesehenen Fachzeitschriften veröffentlicht. Eine MSc-Arbeit wird ebenfalls im Rahmen des Projekts durchgeführt.

    Auf SiGe-BiCMOS-Technologie basierte monolithische 140-GHz- und 240-GHz-(THz) Frontend-Schaltungen

    Ziel des Projekts ist die Entwicklung von 140-GHz-zentrierten Leistungs- und Dicke-Radiometern und 240-GHz-Spannungssteuerungsoszillatoren unter Verwendung von RFMEMS-Schaltern in einem 0,13-µm-SiGe-BiCMOS-Prozess. In diesem Projekt spielen die RFMEMS-Schalter aufgrund der geringen Einfügungsdämpfung eine entscheidende Rolle in den 140-GHz-Radiometern und, aufgrund der variablen Kapazitätsleistungen, auch eine entscheidende Rolle in den spannungsgesteuerten 240-GHz-Oszillatoren. Design und Herstellung anderer Sub-Blöcke, wie rauscharme Verstärker, Leistungsdetektoren und Einpol-Doppelumschalter, werden in diesem Projekt ebenfalls entworfen, um ein Radiometersystem aufzubauen. Im Rahmen des Projekts wurden ein Fachartikel und vier Konferenzberichte in angesehenen Fachzeitschriften veröffentlicht. Eine MSc-Arbeit wird ebenfalls im Rahmen des Projekts durchgeführt.

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    1. A 6-mW W-Band LNA in 0.13µm SiGe BiCMOS for Passive Imaging Systems
      B. Gungor, E. Turkmen, M. Yazici, M. Kaynak and Y. Gurbuz,
      2020 IEEE 63rd International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), Springfield, MA, USA, 2020. doi: 10.1109/MWSCAS48704.2020.9184517.
    2. A 0.9 mW Compact Power Detector with 30 dB Dynamic Range for Automotive Radar Applications
      H. Kandis, B. Gungor, M. Yazici, M. Kaynak and Y. Gurbuz
      2020 IEEE 63rd International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), Springfield, MA, USA, 2020. doi: 10.1109/MWSCAS48704.2020.9184669.
    3. Thermo-Mechanical Modeling and Experimental Validation of an Uncooled Microbolometer
      C. B. Kaynak et al.,
      2020 IEEE 20th Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems (SiRF), San Antonio, TX, USA, 2020. doi: 10.1109/SIRF46766.2020.9040193.
    4. A 26-GHz Vector Modulator in 130-nm SiGe BiCMOS Achieving Monotonic 10-b Phase Resolution Without Calibration
      I. Kalyoncu, A. Burak, M. Kaynak and Y. Gurbuz,
      2019 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), Boston, MA, USA, 2019, pp. 75-78.
    5. Front-end Blocks of a W-Band Dicke Radiometer in SiGe BiCMOS Technology
      B. Ustundag et al
      IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, doi: 10.1109/TCSII.2020.2968313. (Early Access)
    6. Mechanical and Thermal Modeling of an Uncooled Microbolometer
      C. B. Kaynak et al.
      2019 European Microwave Conference in Central Europe (EuMCE), Prague, Czech Republic, 2019, pp. 339-342.
    7. Development and Mechanical Modeling of Si1-XGex/Si MQW Based Uncooled Microbolometers in a 130 nm BiCMOS
      C. Baristiran-Kaynak et al.
      2019 IEEE 19th Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems (SiRF), Orlando, FL, USA, 2019, pp. 1-3.
    8. High Responsivity Power Detectors for W/D-Bands Passive Imaging Systems in 0.13μm SiGe BiCMOS Technology
      B. Ustundag, E. Turkmen, B. Cetindogan, M. Kaynak and Y. Gurbuz
      2018 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), Kyoto, Japan, 2018, pp. 624-626.
    9. Low-Noise Amplifiers for W-Band and D-Band Passive Imaging Systems in SiGe BiCMOS Technology
      B. Ustundag, E. Turkmen, B. Cetindogan, A. Guner, M. Kaynak and Y. Gurbuz
      2018 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), Kyoto, Japan, 2018, pp. 651-653.
    10. A Switchless SiGe BiCMOS Bidirectional Amplifier for Wideband Radar Applications
      C. Çalışkan, M. Yazıcı, M. Kaynak and Y. Gurbuz,
      IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. doi: 10.1109/TCSII.2019.2945862
    11. Process Effects on the Noise Performance of SiGe/Si Multi Quantum Well Thermistor
      C. B. Kaynak, Y. Yamamoto, A. Göritz, F. Korndoerfer, M. Stocchi, M. Wietstruck, Y. Gurbuz, and M. Kaynak
      ECS Transactions, vol. 93, no. 1, pp. 105–108, 2019.
    12. Ultra-Low Noise Amplifier for X-Band SiGe BiCMOS Phased Array Applications
      C. Çalışkan, I. Kalyoncu, M. Yazıcı, M. Kaynak and Y. Gurbuz
      IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 66, no. 9, pp. 1507-1511, Sept. 2019.
    13. A Wideband (3–13 GHz) 7-Bit SiGe BiCMOS Step Attenuator with Improved Flatness
      H. Kandis, M. Yazici, Y. Gurbuz and M. Kaynak,
      2018 18th Mediterranean Microwave Symposium (MMS), Istanbul, Turkey, 2018, pp. 139-142.
    14. 0.13μm SiGe BiCMOS W-Band Low-Noise Amplifier for Passive Imaging Systems B. Gungor, E. Turkmen, M. Yazici, M. Kaynak and Y. Gurbuz,
      2018 18th Mediterranean Microwave Symposium (MMS), Istanbul, Turkey, 2018, pp. 206-209
    15. Physical device modeling of Si/Si1-xGex multi-quantum well detector to optimize Ge content for higher thermal sensitivity
      A. Shafique, S. Abbasi, O. Ceylan, M. Kaynak, Y. Gurbuz, and C. Baristiran Kaynak,
      2018 SPIE Defense + Security , Orlando, 2018.
    16. A low-power CMOS readout IC with on-chip column-parallel SAR ADCs for microbolometer applications
      A. Shafique, O. Ceylan, M. Yazici, M. Kaynak and Y. Gurbuz
      2018 SPIE Defense + Security , Orlando, 2018.
    17. A D-band SPDT switch utilizing reverse-saturated SiGe HBTs for dicke-radiometers
      B. Cetindogan, B. Ustundag, E. Turkmen, M. Wietstruck, M. Kaynak and Y. Gurbuz
      2018 11th German Microwave Conference (GeMiC), Freiburg, 2018, pp. 47-50.
    18. A Test Platform for the Noise Characterization of SiGe Microbolometer ROICs
      S. Abbasi, A. Shafique, O. Ceylan, C. B. Kaynak, M. Kaynak and Y. Gurbuz,
      IEEE Sensors Journal, vol. 18, no. 15, pp. 6217-6223, 1 Aug.1, 2018.
    19. A SiGe HBT D-Band LNA With Butterworth Response and Noise Reduction Technique
      E. Turkmen, A. Burak, A. Guner, I. Kalyoncu, M. Kaynak and Y. Gurbuz
      IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 28, no. 6, pp. 524-526, June 2018.
    20. High Performance Thermistor Based on Si1−xGex/Si Multi Quantum Wells
      C. Baristiran Kaynak, Y. Yamamoto, A. Göritz, F. Korndörfer, P. Zaumseil, P. Kulse, K. Schulz, M. Wietstruck, A. Shafique, Y. Gurbuz, and M. Kaynak
       IEEE Electron Device Letters, vol. 39, no. 5, pp. 753-756, May 2018.
    21. 240 GHz RF-MEMS switch in a 0.13 μm SiGe BiCMOS Technology
      S. T. Wipf et al.
      2017 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM), Miami, FL, 2017, pp. 54-57.icrowave Conference (GeMiC), Freiburg, 2018, pp. 47-50
    22. A 5–13 GHz 6-bit vector-sum phase shifter with +3.5 dBm IP1dB in 0.25-μm SiGe BiCMOS
      B. Cetindogan, B. Ustundag, A. Burak, M. Wietstruck, M. Kaynak and Y. Gurbuz, 2017 IEEE Asia Pacific Microwave Conference (APMC), Kuala Lumpar, 2017, pp. 1111-1114.
    23. A New 5-13 GHz Slow-Wave SPDT Switch With Reverse-Saturated SiGe HBTs
      M. Davulcu, E. Ozeren, M. Kaynak and Y. Gurbuz
      IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 27, no. 6, pp. 581-583, June 2017
    24. A low power CMOS readout IC design for bolometer applications
      A. Galioglu, S. Abbasi, A. Shafique, O. Ceylan, M. Yazici, M. Kaynak, E.C. Durmaz, E.G. Arsoy, and Y. Gurbuz,
      Conference on Infrared Technology and Applications XLIII, Anaheim, CA, Apr-2017
    25. A wideband low noise SiGe medium power amplifier for X-Band Phased Array applications
      C. Çalişkan, İ. Kalyoncu, E. Ozeren, M. Kaynak and Y. Gurbuz,
      2016 11th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC), London, 2016, pp. 9-12.
    26. 7-Bit SiGe-BiCMOS Step Attenuator for X-Band Phased-Array RADAR Applications
      M. Davulcu, C. Caliskan, I. Kalyoncu, M. Kaynak and Y. Gurbuz,
      IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 26, no. 8, pp. 598-600, 2016.
    27. A High Dynamic Range Power Detector at X-Band
      E. Ozeren, I. Kalyoncu, B. Ustundag, B. Cetindogan, H. Kayahan, M. Kaynak and Y. Gurbuz
      IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 26, no. 9, pp. 708-710, 2016.
    28. A 6 Bit Vector-Sum Phase Shifter With a Decoder Based Control Circuit for X-Band Phased-Arrays
      B. Cetindogan, E. Ozeren, B. Ustundag, M. Kaynak and Y. Gurbuz,
      IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 26, no. 1, pp. 64-66, 2016.
    29. Design of monocrystalline Si/SiGe multi-quantum well microbolometer detector for infrared imaging systems.
      A. Shafique, E. C. Durmaz, B. Cetindogan, M. Yazici, M. Kaynak, C. B. Kaynak, and Y. Gurbuz,
      SPIE (Society of Photo-optical Instrumentation Engineers), Bellingham, WA, USA, Apr-2016.
    30. A wideband high isolation CMOS T/R switch for x-band phased array radar systems.
      E. Ozeren, A. C. Ulku, I. Kalyoncu, C. Caliskan, M. Davulcu, M. Kaynak, and Y. Gurbuz
      IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), pp. 67–69, 24-Jan-2016.
    31. X-band high dynamic range flat gain SiGe BiCMOS low noise amplifier
      M. Davulcu, C. Çalışkan, E. Ozeren, Y. Gurbuz and M. Kaynak,
      2015 10th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC), Paris, 2015, pp. 242-245.doi: 10.1109/EuMIC.2015.7345114
    32. A 4-Bit SiGe Passive Phase Shifter for X-Band Phased Arrays
      I. Kalyoncu, E. Ozeren, M. Kaynak, Y. Gurbuz
      13th Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems (SiRF 2013), Austin, January 20 - 22, 2013, USA
    33. Building Blocks for an X-Band SiGe BiCMOS T/R Module
      T. Dinc, I. Kalyoncu, M. Kaynak, Y. Gurbuz
      13th Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems (SiRF 2013), Austin, January 20 - 22, 2013, USA
    34. A SiGe Switched LNA for X-Band Phased-Arrays
      Kalyoncu, T. Dinc, M. Kaynak, Y. Gurbuz
      7th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC 2012), Amsterdam, October 28 - November 02, 2012, The Netherlands
    35. An X-Band, High Performance, SiGe-HBT Power Amplifier for Phased Arrays
      T. Dinc, I. Kalyoncu, M. Kaynak, Y. Gurbuz
      7th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC 2012), Amsterdam, October 28 - November 02, 2012, The Netherlands 
    36. Fully Integrated Low-Power SiGe Power Amplifier for Biomedical Applications
      M. Kaynak, I. Tekin,Y. Gurbuz
      IET Microwaves, Antennas & Propagation 5, 214 (2011) 
    37. Realisation of a Single-Chip, Silicon Germanium:C-based Power Amplifier for Multi-Band Worldwide Interoperability for Microwave Access Applications
      M. Kaynak, I. Tekin, Y. Gurbuz
      IET Microwaves, Antennas & Propagation 4, 2273 (2010) 
    38. A New Lab-on-Chip Transmitter for the Detection of Proteins Using RNA Aptamers
      F. Tasdemir, S. Zihir, E. Ozeren, J.H. Niazi, A. Qureshi, S.S. Kallempudi, M. Kaynak, R. Scholz, Y. Gurbuz
      40th European Microwave Conference, Paris, September 26 - October 01, 2010, France
    39. Characterization of an Embedded RF-MEMS Switch
      M. Kaynak, K.-E. Ehwald, R. Scholz, F. Korndörfer, Ch. Wipf, Y. Sun, B. Tillack, S. Zihir, Y. Gurbuz
      10th Topical Meeting on Silicon Integrated Circuits in RF Systems (SiRF 2010), New Orleans, January 13, 2010, USA 
    40. Compact RF Model for S-Parameter Characteristics of RFMEMS Capacitive Switches
      M. Kaynak, S. Zihir, Y. Gurbuz, B. Tillack
      Mikrosystemtechnik-Kongress 2009, Berlin, October 12 - 14, 2009, Germany
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    Die Kooperationsstrategie zwischen dem IHP und der Sabanci-Universität ist in vier Hauptrichtungen gegliedert:

    Die gemeinsame Entwicklung von Studieninhalten und/oder neuen Kursen in Bezug auf die aktuellen Forschungsthemen ist einer der wichtigsten strategischen Wege der Zusammenarbeit. Das Know-how zu teilen und die Synergie zu erhöhen ist der zweite strategische Weg der IHP-Sabanci-Zusammenarbeit. Dies beinhaltet sowohl akademische als auch studentische Kurzzeit- und Langzeitaustausche. Die erreichte wissenschaftliche Exzellenz in den ersten beiden Strategiepfaden wird genutzt, um eine bahnbrechende Forschung und Innovation durchzuführen, unter dem dritten strategischen Pfad - Forschung und Entwicklung. Das ultimative Ziel der Kooperation zwischen dem IHP und der Sabanci-Universität ist es, die gemeinsamen akademischen und wissenschaftlichen Erfahrungen durch eine enge Zusammenarbeit mit der Industrie, sowohl auf türkischer als auch auf deutscher Seite, in die Prototyping- und Kommerzialisierungsebene zu bringen.

Dr.-Ing. Mehmet Kaynak

IHP 
Im Technologiepark 25
15236 Frankfurt (Oder)
Deutschland

Sekretariat:
Katja Albani
Telefon: +49 335 5625 670
Fax: +49 335 5625 327
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