Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS

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Ferroelectric Field Effect Transistors-Based Content-Addressable Storage-Class Memory: A Study on the Impact of Device Variation and High-Temperature Compatibility

2024 , Sunil, Athira , Rana SK, Masud , Lederer, Maximilian , Raffel, Yannick , Müller, Franz , Revello Olivo, Ricardo Orlando , Hoffmann, Raik , Seidel, Konrad , Kämpfe, Thomas , Chakrabarti, Bhaswar , De, Sourav

Hafnium oxide (HfO2)-based ferroelectric field effect transistors (FeFETs) revolutionize the emerging nonvolatile memory area, especially with the potential to replace flash memories for several applications. In this article, the suitability of FeFET memories is investigated, especially FeFET-based content addressable memory (CAM) cells, as storage-class memory under junction temperature variations. FeFETs with silicon oxynitride interfacial layer are fabricated and characterized at various temperatures, varying from room temperature to 120 °C. Although the memory window, numbers of programmable states, and endurance deteriorate at high temperatures, FeFETs show excellent robustness in data retention, write latency, and read stability at all temperatures, especially for binary operation. Finally, system-level simulations using a Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis software using experimental data are conducted to gauge the robustness of the data-search operation using the CAM array under different temperatures. Despite temperature-variation-induced changes in FeFET devices, it is observed that binary CAM cells perform robust and unerring search operations for storing and searching data at temperatures up to 120 °C.

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Elektrostatischer Gegentakt NED-Aktor für Im-Ohr-μ-Lautsprecher

2023-11-22 , Ruffert, Christine , Schenk, Hermann A.G. , Ehrig, Lutz , Kaiser, Bert , Melnikov, Anton , Langa, Sergiu , Wall, Franziska , Monsalve Guaracao, Jorge Mario , Stolz, Michael , Conrad, Holger , Mrosk, Andreas , Schuffenhauer, David , Schenk, Harald

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Fabrication of gate electrodes for scalable quantum computing using CMOS industry compatible e-beam lithography and numerical simulation of the resulting quantum device

2023-10-05 , Brackmann, Varvara , Neul, Malte , Friedrich, Michael , Langheinrich, Wolfram , Simon, Maik , Muster, Pascal , Pregl, Sebastian , Demmler, Arne , Hanisch, Norbert , Lederer, Maximilian , Zimmermann, Katrin , Klos, Jan , Reichmann, Felix , Yamamoto, Yuji , Wislicenus, Marcus , Dahl, Claus , Schreiber, Lars R. , Bluhm, Hendrik , Lilienthal-Uhlig, Benjamin

Universal quantum computers promise the possibility of solving certain computational problems significantly faster than classically possible. For relevant problems, millions of qubits are needed, which is only feasible with industrial production methods. This study presents an electron beam patterning process of gate electrodes for Si/SiGe electron spin qubits, which is compatible with modern CMOS semiconductor manufacturing. Using a pCAR e-beam resist, a process window is determined in which structure sizes of 50 nm line and 30 nm space can be reproducibly fabricated with reasonable throughput. Based on electrostatic simulations, we implemented a feedback loop to investigate the functionality of the gate electrode geometry under fabrication-induced variations.

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Patent

Drahtlose Kommunikationsknoten mit Quantenschlüsseln

2023-05-04 , Noack, Alexander , Deicke, Frank , Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Ein drahtloser Kommunikationsknoten umfasst einen drahtlosen Transceiver, der ausgebildet ist, um eine drahtlose Kommunikation in einem Kommunikationsbereich bereitzustellen. Ferner ist eine Quantenschlüsselaustausch-Einrichtung, QKD-Einrichtung, vorgesehen, die ausgebildet ist, um einen ersten Quantenschlüssel mit einem ersten Kommunikationspartner zu erzeugen und um einen zweiten Quantenschlüssel mit einem zweiten Kommunikationspartner zu erzeugen. Der drahtlose Kommunikationsknoten ist ausgebildet, um unter Verwendung des ersten Quantenschlüssels eine erste verschlüsselte Kommunikation mit dem ersten Kommunikationspartner aufzubauen und unter Verwendung des zweiten Quantenschlüssels eine zweite verschlüsselte Kommunikation mit dem zweiten Kommunikationspartner aufzubauen, und um die erste verschlüsselte Kommunikation und die zweite verschlüsselte Kommunikation simultan zu betreiben.

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Patent

Ultraschallwandlersystem und Verfahren zum Herstellen desselben

2023-12-21 , Monsalve Guaracao, Jorge Mario , Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Ein Ultraschallwandlersystem umfasst eine Sendeeinrichtung, die eine erste Eigenfrequenz aufweist, und die ausgebildet ist, um ein Ultraschallsignal zu erzeugen. Das Ultraschallwandlersystem umfasst eine Empfangseinrichtung, die eine zweite Eigenfrequenz aufweist, und die ausgebildet ist, um ein auf dem Ultraschallsignal basierendes Antwortsignal zu empfangen. Die zweite Eigenfrequenz ist größer als die erste Eigenfrequenz.

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Mechanische Systeme mit angepasster Linearität

2023-11-09 , Shashank, Shashank , Langa, Sergiu , Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Ein mechanisches System weist eine Biegewandlerstruktur auf, die konfiguriert ist zum Bereitstellen einer Biegung ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal und/oder zum Bereitstellen eines elektrischen Signals ansprechend auf eine angewendete äußere Kraft, die die Biegung verursacht, wobei eine strukturelle Steifheit der Biegewandlerstruktur für einen ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag der Biegung sorgt. Das mechanische System weist eine Anpassungsstruktur auf, die durch mechanische Kopplung mechanisch an die Biegewandlerstruktur gekoppelt ist, um gemeinsam mit der Biegung eine Anpassungsverformung bereitzustellen. Eine strukturelle Steifheit der Anpassungsstruktur sorgt für einen zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag zu der Biegung auf der Basis der mechanischen Kopplung bei der Verformung.

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CMOS-compatible Si-TiN Schottky SWIR photodetectors enhanced by pyramidal nanostructures

2023-08-02 , Augel, Lion , Wen, Hanying , Knobbe, Jens

Short-wavelength infrared detection has shown an enormous potential for future application in autonomous systems and security. Up to today the use has been limited by the cost for high quality detectors. Using TiN Schottky barrier photodetectors with pyramidal photonic nanostructures opens a path to circumvent the typically low quantum efficiencies with compatibility to CMOS technology.

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Patent

Vorrichtung zur Ermittlung zumindest eines Parameters einer Flüssigkeit

2023-11-30 , Weder, Andreas , Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung zur Ermittlung zumindest eines Parameters einer Flüssigkeit. Die Vorrichtung umfasst ein Rohr, das ausgebildet ist, um von der Flüssigkeit durchströmt zu werden, wobei sich beim Durchströmen des Rohrs durch die Flüssigkeit durch den Effekt der Strömungselektrifizierung eine elektrische Ladung [z.B. elektrostatische Aufladung] auf dem Rohr bildet. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Sensor, der ausgebildet ist, um die elektrische Ladung zu erfassen und um ein von der elektrischen Ladung abhängiges Sensorsignal bereit zu stellen. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, um das Sensorsignal auszuwerten, um zumindest einen Parameter der Flüssigkeit zu ermitteln.

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Nichtlineare Kanalverlustbestimmung

2023-10-12 , Kirrbach, Rene , Faulwaßer, Michael , Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Eine optisch-kabellose Vorrichtung, die zum Empfang eines optisch-kabellosen Signals von einem optisch-kabellosen Sender über einen optisch-kabellosen Kanal eingerichtet ist, weist eine Empfangseinrichtung auf, die ausgebildet ist, um das optisch-kabellose Signal zu empfangen, und um eine zugehörige Empfangsinformation zu bestimmen. Die Empfangseinrichtung ist ausgebildet, um für das optisch-kabellose Signal eine Verzerrungsinformation zu bestimmen, die eine Verzerrung des optisch-kabellosen Signals angibt. Die Empfangseinrichtung ist ausgebildet, um basierend auf der Verzerrungsinformation eine Senderinformation zu bestimmen, die mit einer Ansteuerung des optisch-kabellosen Senders zum Erzeugen des optisch-kabellosen Signals assoziiert ist. Die Empfangseinrichtung ist ausgebildet, um basierend auf der Senderinformation und basierend auf der Empfangsinformation eine einen Kanalverlust angebende Kanalverlustinformation zu bestimmen, die einen Verlust optischer Leistung in dem optisch-kabellosen Kanal angibt. Die optisch-kabellose Vorrichtung ist ausgebildet, um die Kanalverlustinformation zu verwenden oder bereitzustellen.

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Elektronisches Bauteil mit mindestens einer Schicht aus einem ferroelektrischen oder antiferroelektrischen Werkstoff

2023-06-22 , Lederer, Maximilian , Seidel, Konrad , Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit mindestens einer Schicht (2) aus einem ferroelektrischen oder antiferroelektrischen Werkstoff. Diese Schicht (2) ist zum Einstellen eines Imprints mit einem chemischen Element als Dotierstoff versehen ist, das eine gegenüber einem nichtoxidischen Element des ferroelektrischen oder antiferroelektrischen Werkstoffs abweichende Anzahl freier Außenelektronen aufweist und in einer lokal inhomogenen Verteilung in die Schicht (2) eingebracht ist.

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