Deliverables and Services - IHP Microelectronics

Annual
Report
2009
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9

prof. Dr. Wolfgang Mehr
Als Leibniz-Institut arbeitet das IHP vorrangig an langfristigen,
strategischen Forschungsaufgaben. Dabei
verbindet es Grundlagen- mit angewandter Forschung.
Das Institut entwickelt siliziumbasierte Systeme,
Höchstfrequenz-Schaltungen und -Technologien für die
drahtlose und Breitband-Kommunikation und verifiziert
diese durch Prototypen.
Seine Kernkompetenzen sind:
• Design von Systemen für die drahtlose Kommunikation,
• Design analoger Hochfrequenzschaltungen,
• Prozesstechnologie und
• technologieorientierte Materialforschung.
Das IHP verfügt als Besonderheit über eine vollständige
0,13 µm BiCMOS-Pilotlinie für 200 mm Waferdurchmesser.
Mit dieser werden sowohl innovative technologische
Entwicklungen durchgeführt als auch sehr leistungsfähige
BiCMOS-Technologien für Projekte des Instituts und
Dritter angeboten. Die technologischen Entwicklungen
zielen im Rahmen einer „More than Moore“ – Strategie
auf die Realisierung zusätzlicher Funktionalitäten.
Eine weitere wesentliche Besonderheit der Forschungsarbeit
des IHP ist das vertikale Konzept mit der gezielten
Nutzung von Synergien zwischen seinen Kernkompetenzen
zur Erarbeitung vertikal optimierter Lösungen.
Externe Kooperationen und die Verwertung von Arbeitsergebnissen
erfolgen auf allen Ebenen – vom Material
bis zu Systemen.
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V o r w o r t – F o r e w o r d
As a leibniz-Institute, IHp works primarily on topics
of longterm, strategic research. It combines basic and
applied research. the institute develops silicon-based
systems, high-frequency circuits as well as process technologies
for wireless and broadband communications.
typically the research results are verified by prototypes.
the core competencies are:
• Design of systems for wireless communication,
• Design of analog high-frequency circuits,
• process technology and
• technology-orientated materials research.
As a distinctive feature, the IHp operates a full 0.13 µm
BiCMoS pilot line for 200 mm wafer diameter. Based on
this feature, both innovative technological developments
and high-capacity BiCMoS technologies for projects
of the institute are carried out and also offered to
others. Following the “More than Moore” – strategy, the
technological developments are aimed at the realization
of additional functionalities.
Another significant feature of the research work of the
IHp is the vertical approach using synergies between its
core competencies to develop vertically optimized solutions.
external collaborations and the utilization of work
results take place at all levels – from materials to systems.

Die Forschungsarbeiten des IHP ermöglichen innovative
Lösungen für verschiedene Anwendungsbereiche.
Beispiele dafür sind neben der drahtlosen und Breitband-Kommunikation
die Luft- und Raumfahrt, die
Biotechnologie und Medizin, die Automobilindustrie,
die Industrieautomatisierung und die Photonik.
Das IHP ist für die Industrie, Hochschulen und andere
Forschungseinrichtungen ein gefragter Projektpartner.
Im Jahr 2009 konnten Drittmittel von mehr als 11 Mill.
Euro eingeworben werden. In mehreren nationalen und
europäischen Verbundprojekten ist das IHP koordinierend
tätig. Durch diese erfolgreiche Einwerbung von
Drittmitteln wuchs das IHP weiter auf 270 Mitarbeiter
aus 20 Ländern.
Neben den internationalen und bundesweiten Kooperationen
legt das IHP auch großen Wert auf die Zusammenarbeit
mit Firmen und Hochschulen in Brandenburg
und Berlin. So arbeitet das Institut an zahlreichen Projekten,
bei denen die regionale Kooperation mit Firmen
im Mittelpunkt steht. Mit mehreren Hochschulen betreibt
es „Gemeinsame Labore“ zu ausgewählten Themen
als eine besondere Form der Kooperation.
Dieser Jahresbericht soll Ihnen einen Überblick zu den
Forschungsprogrammen des Institutes und deren Zielen
geben. Zu ausgewählten Forschungsprojekten finden Sie
interessante Ergebnisse des Jahres 2009. Damit wollen
wir Sie nicht nur informieren, sondern auch Ihr Interesse
an einer Zusammenarbeit mit dem IHP wecken.
An dieser Stelle möchten wir uns ganz herzlich bei allen
bedanken, die unsere Erfolge möglich gemacht haben.
Von der Brandenburgischen Landesregierung und von der
Bundesregierung erhielten wir eine sehr starke Unterstützung,
womit die Voraussetzungen für unsere Arbeit
geschaffen werden konnten. Auf dieser Basis wurden die
Forschungsergebnisse mit den Ideen und dem Fleiß unserer
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erarbeitet.
Wolfgang Mehr Manfred Stöcker
Wiss.-Techn. Geschäftsführer Adm. Geschäftsführer
V o r w o r t – F o r e w o r d
the research of IHp provides innovative solutions for various
application areas. Apart from wireless and broadband
communications, examples include aerospace,
biotechnology and medicine, the automotive industry,
industrial automation and photonics.
For industry, universities and other research institutions
the IHp is a sought-after project partner. In 2009 external
funding amounted to more than 11 million euros.
In several national and european projects the IHp works
as a coordinator. Based on the successful fund raising
IHp continued to grow to 270 staff members from 20
countries.
In addition to international and nationwide cooperation
the IHp emphazises cooperation with companies
and universities from Brandenburg and Berlin. e. g. the
institute is working on numerous projects where the regional
cooperation with companies is a core element. As
a particular form of cooperation it operates “Joint labs”
with several universities on selected topics.
this annual report will give you an overview of the
institute´s research programs and its objectives. For selected
research projects you will find interesting results
from 2009. Hereby, we not only want to inform you, but
in addition would like to encourage you to cooperate
with the IHp.
At this point we would like to thank everyone who made
our success possible. We received very strong support
from the Federal State Government of Brandenburg and
the Federal Government of Germany laying the foundations
for our work. Based on this, with their ideas and
efforts, our staff members achieved the research results
presented here.
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I N H A L t S V e r Z e I C H N I S – C o N t e N t S
Contents

I N H A L t S V e r Z e I C H N I S – C o N t e N t S
Vorwort
Aufsichtsrat
Wissenschaftlicher Beirat
Forschung des IHP
Das Jahr 2009
Ausgewählte Projekte
Gemeinsame Labore
Zusammenarbeit und Partner
Gastwissenschaftler und Seminare
Publikationen
Angebote und Leistungen
Wegbeschreibung zum IHP
2
6
7
8
28
6
70
7
78
2
2
Foreword
Supervisory Board
Scientific Advisory Board
IHp‘s Research
update 2009
Selected projects
Joint labs
Collaboration and partners
Guest Scientists and Seminars
publications
Deliverables and Services
Directions to IHp
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Aufsichtsrat
Konstanze Pistor
Vorsitzende
Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur
Land Brandenburg
RD Dr. Volkmar Dietz
Stellvertretender Vorsitzender
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Dr.-Ing. Peter Draheim
Philips GmbH, Hamburg
Dr. Gunter Fischer
IHP GmbH
Prof. em. Dr. Helmut Gabriel
Institut für Theoretische Physik
Freie Universität Berlin
Dr. Christoph Kutter
Infineon Technologies AG
Neubiberg
Dr. Harald Richter
IHP GmbH
Prof. Dr. Ernst Sigmund
Brandenburgische Technische Universität Cottbus
MinR Gerhard Wittmer
Ministerium der Finanzen
Land Brandenburg
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A u F S I C H t S r A t – S u p e r V I S o r y B o A r d
Supervisory Board
Konstanze pistor
Chair
Ministry of Science, Research and Culture
State of Brandenburg
rd dr. Volkmar dietz
Deputy Chair
Federal Ministry of education and Research
dr.-Ing. peter draheim
philips GmbH, Hamburg
dr. Gunter Fischer
IHp GmbH
prof. Helmut Gabriel
Institute for theoretical physics
Freie universität Berlin
dr. Christoph Kutter
Infineon technologies AG
neubiberg
dr. Harald richter
IHp GmbH
prof. ernst Sigmund
Brandenburg university of technology, Cottbus
Minr Gerhard wittmer
Ministry of Finance
State of Brandenburg

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F o r S C H u N G d e S I H p – I H p ‘ S r e S e A r C H
IHP‘s Research

Das IHP konzentriert sich auf die Erforschung und Entwicklung
von Si-basierten Systemen, Höchstfrequenz-
Schaltungen und -Technologien für die drahtlose und
Breitbandkommunikation.
Dabei arbeitet das Institut an den folgenden vier eng
miteinander verbundenen Forschungsprogrammen:
1. Drahtlose Systeme und Anwendungen,
2. Hochfrequenz-Schaltkreise,
3. Technologieplattform für drahtlose und Breitbandkommunikation,
4. Materialien für die Mikro- und Nanoelektronik.
Die Forschungsprogramme nutzen die besonderen Möglichkeiten
des IHP. So verfügt das Institut über eine Pilotlinie
für technologische Forschungen und Entwicklungen
sowie für die Fertigung von Prototypen und Kleinserien.
Eine weitere Besonderheit ist das vertikale Forschungskonzept
unter Nutzung der zusammenhängenden und
aufeinander abgestimmten Kompetenzen des Institutes
auf den Gebieten Systementwicklung, Schaltungsentwurf,
Technologie und Materialforschung.
Die Forschung des IHP setzt auf die typischen Stärken
eines Leibniz-Instituts: Sie ist charakterisiert durch eine
langfristige, komplexe Arbeit, die Grundlagenforschung
mit anwendungsorientierter Forschung verbindet.
Die Realisierung der Forschungsprogramme erfolgt mit
Hilfe eines regelmäßig aktualisierten Portfolios von Projekten
auf Basis einer mittelfristigen Roadmap. Die Aktualisierung
geschieht aufgrund inhaltlicher Erfordernisse
sowie der Möglichkeiten für Kooperationen und
Finanzierung. Drittmittelprojekte werden im Einklang
mit den strategischen Zielen des IHP eingeworben.
F o r S C H u N G d e S I H p – I H p ‘ S r e S e A r C H
IHp is focused on the research and development of
silicon-based systems, high-frequency circuits and
technologies for wireless and broadband communication.
the institute is working on the following four closely
connected research programs:
1. Wireless Systems and Applications,
2. RF Circuits,
3. technology platform for Wireless and Broadband
Communication,
4. Materials for Micro- and nanoelectronics.
the research programs make use of the special opportunities
provided by the IHp. For instance, the
institute has a pilot line for technological research
and developments as well as for manufacturing prototypes
and small series. An additional feature is the
vertical research concept employing the associated
and harmonized competencies of the institute in the
fields of system development, circuit design, technology
and materials research.
the research of the IHp is based on the typical
strengths of a leibniz Institute: it is dominated by
long-term, complex efforts which connect basic research
with application-oriented research.
the realization of the research programs is accomplished
utilizing a project portfolio based on a
medium-term roadmap. the project portfolio is regularly
updated according to content requirements as
well as through opportunities for cooperations and
outside funding. Grant projects are acquired in accordance
with the strategic goals of IHp.
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Die Forschungsprogramme haben die folgenden
wesentlichen Ziele:
Drahtlose Systeme und Anwendungen
In diesem Programm werden komplexe Systeme für
die drahtlose Kommunikation in Form von Prototypen
und Anwendungen untersucht und entwickelt. Ziel
sind Hardware/Software-Systemlösungen auf hochintegrierten
Single-Chips. Der vertikale Forschungsansatz
zeigt sich auch in der Architektur der erarbeiteten
Systeme. Im Wesentlichen wird die Wechselwirkung
zwischen verschiedenen Schichten optimiert und eine
vertikale Migration semantischer Elemente realisiert.
Die drei Hauptforschungsrichtungen sind WLANs hoher
Performance, Sensornetzwerke mit extrem geringem
Energieverbrauch und Design for Testability.
Für WLANs hoher Performance sollen Datenraten bis
10 Gbps bei Trägerfrequenzen bis zu 60 GHz erreicht
werden. Weiterführende Arbeiten hin zu Datenraten bis
100 Gbps und Trägerfrequenzen bis 300 GHz werden im
Grundlagenbereich dieses Forschungsprogramms vorbereitet.
Ein weiteres wichtiges Forschungsthema ist die
Quality of Service im Hochlastbereich, da bei zunehmender
Nutzung drahtloser Technologien Zugriffskonflikte
nicht zu vermeiden sind.
Die Forschung zu Systemen mit geringem Energieverbrauch
hat zum Ziel, Sensornetze auf Basis hochintegrierter
Chips zu realisieren. Typische Anwendungen
dafür sind Body-Area-Netze für medizinische Anwendungen
oder im Wellness-Bereich. In diesem Zusammenhang
werden neue Netzarchitekturen, verteilte,
ressourcenarme Middlewareansätze, neue energieeffiziente
Medienzugriffsprotokolle sowie energieeffiziente
Transceiver erforscht und realisiert. UWB-Technologien
sind Beispiele für Kommunikation im Nahbereich und
Anwendungen mit hohen Ortsauflösungseigenschaften.
Andere Funklösungen im Bereich Sensornetze sind PSSS
(Parallel Sequence Spread Spectrum) - basierte Ansätze,
die sich durch besonders hohe Bandbreiteneffizienz
auszeichnen.
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F o r S C H u N G d e S I H p – I H p ‘ S r e S e A r C H
Significant goals of IHp’s research programs are
specified below.
wireless Systems and Applications
this program investigates and develops complex systems
for wireless communications as prototypes and
applications with the objective of finding solutions
for hardware / software systems on highly integrated
single chips. the vertical research approach is also reflected
in the architecture of the addressed systems.
Basically, inter-layer interaction is optimized and a
vertical migration of semantic elements is performed.
the three major directions of research are high performance
WlAn, ultra-low power sensor networks and
design for testability.
the target of high performance WlAn research is to
achieve a data rate up to 10 Gbps at carrier frequencies
of up to 60 GHz. Continuing activities towards data
rates up to 100 Gbps and carrier frequencies up to
300 GHz will be carried out in the basic research area
of this research program. Quality of Service in the high
load region is an additional important research field,
because the increasing use of wireless technologies
will inevitably result in growing conflicts of access.
the research on systems with low energy consumption
is directed towards sensor networks on single
chips. typical applications are body-area networks
for health care or wellness. In this context new network
architectures, distributed low resource middleware
concepts, new energy efficient protocols for medium
access as well as energy efficient transceivers
are investigated and realized. uWB technologies are
examples for short-range communication as well as
applications requiring high spatial resolution. other
radio-based solutions for sensor networks are pSSS
(parallel Sequence Spread Spectrum) – based approaches,
distinguished by exceptionally high bandwidth
efficiency.

Die Forschung zu kontextabhängigen Middleware-Systemen
betrifft insbesondere auch die Erhaltung der Privatsphäre
und die Sicherheit bei der Nutzung mobiler
Endgeräte. Darüber hinaus wird die symmetrische bzw.
asymmetrische Verteilung von Ressourcen zwischen
Endgeräten und Servern im Gesamtsystem untersucht.
Hochfrequenz-Schaltkreise
In diesem Programm werden integrierte mm-Wellen-
Schaltkreise & Synthesizer, Breitband-Mischsignal-
Schaltkreise, sowie Schaltkreise für drahtlose Anwendungen
mit sehr geringem Energieverbrauch entwickelt
und als Prototypen realisiert.
Integrierte Millimeterwellen-HF-Schaltkreise für Front-
ends und Synthesizer zum Einsatz in der drahtlosen
Kommunikation bei Frequenzen von etwa 10 bis
> 200 GHz werden derzeit entwickelt.
Für die glasfasergestützte Breitbandkommunikation
werden Konzepte und elektronische Komponenten für
Glasfasersysteme mit Datenraten bis über 100 Gbps
pro Laser-Wellenlänge entwickelt. Beispiele dafür sind
extrem breitbandige Verstärker, A/D- und D/A-Wandler,
schnelle Logik sowie gemischt analog/digitale Signalverarbeitung
in Echtzeit.
Extrem energiesparende HF-Frontends und Komponenten
werden für Sensornetze entwickelt, mit denen die
geforderte Batterie-Lebensdauer von 10 Jahren erreichbar
ist. Beispielhafte Entwicklungen sind hier energieeffiziente
UWB Transceiver-Schaltkreise mit impulsbasierter
Modulation und Wake-Up Radios mit extrem
niedriger Stromaufnahme.
F o r S C H u N G d e S I H p – I H p ‘ S r e S e A r C H
Research in context-sensitive middleware systems
especially addresses privacy and security matters in
using mobile devices. Moreover, the symmetrical and
asymmetrical resource distribution between client
and server parts of the overall system is investigated.
rF Circuits
In this program mm-wave circuits, broadband mixedsignal
ICs and ICs for ultra-low-power wireless applications
will be designed and realized as prototypes.
Millimeter-Wave RF ICs for frontends and synthesizers
for wireless communication at currently 10 to
> 200 GHz are under development.
Concepts and electronic components for fiber-optic
broadband communication systems with data rates
up to > 100 Gbps per laser wavelength will be developed.
examples are extremely broadband amplifiers,
A/D- and D/A-converters as well as fast logic and
real-time analog/digital signal processing.
ultra-low-power RF frontends and components for
sensor networks with a target battery lifetime of ten
years are under development. examples of developments
are energy-efficient uWB transceiver circuits
with impulse-based modulation and wake-up radios
with extremly low power consumption.
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Technologieplattform für drahtlose und Breitbandkommunikation
In diesem Programm werden Technologien (insbesondere
BiCMOS-Technologien) mit zusätzlichen Funktionen
durch die modulare Erweiterung industrieller CMOS-
Technologien entwickelt. Die Schwerpunkte in diesem
Programm sind Technologien mit hoher Performance,
kostengünstige Technologien für System-on-Chip, sowie
die Sicherung des Zugriffs interner und externer Designer
auf die Technologien des IHP.
Die Forschung in Richtung Technologien hoher Performance
zielt auf extrem schnelle SiGe HBTs, einschließlich
komplementärer Bauelemente und neuer Bauelementekonzepte
für Anwendungen bei Frequenzen bis >
100 GHz.
Zielstellung der Forschung für kostengünstige Technologien
ist es, BiCMOS-Technologien mit ausreichender
Performance und geringen Fertigungskosten zu entwickeln
sowie darin zusätzliche Module wie HF-LDMOS,
Flash und passive Bauelemente zu integrieren.
Die 0,25-µm- und 0,13-µm-BiCMOS-Technologien des
IHP sind europa- und weltweit für Designer nutzbar.
Ein Zeitplan für die entsprechenden technologischen
Durchläufe in der Pilotlinie in Frankfurt (Oder) ist über
die Internetadresse des IHP einsehbar.
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F o r S C H u N G d e S I H p – I H p ‘ S r e S e A r C H
technology platform for wireless and Broadband
Communication
the goal of this program is to develop value-added
technologies, preferably BiCMoS technologies, by
the modular extension of industrial CMoS. the focal
points in this program are technologies with high performance,
low-cost technologies for system-on-chip,
and the provision of technology access for internal
and external designers.
the research towards high-performance technologies
targets ultrafast SiGe HBts, including complementary
devices and new device concepts, for applications at
frequencies of up to > 100 GHz.
the aim of the research for low-cost technologies is
to develop BiCMoS technologies with ample performance
and low manufacturing costs and to integrate
additional modules such as RF lDMoS, Flash and passive
devices.
IHp’s 0.25 µm and 0.13 µm BiCMoS technologies are
available for designers in europe and throughout the
world.
A schedule for technological runs in the pilot line
in Frankfurt (oder) can be found via IHp`s internet
address.

Materialien für die Mikro- und Nanoelektronik
Die Materialforschung am IHP hat die Integration
neuer Materialien in gegenwärtige und zukünftige Si-
Technologien zum Ziel, um so verbesserte, zusätzliche
oder neuartige Funktionalitäten zu erreichen. Darüber
hinaus werden Grundlagen für neue Forschungsgebiete
am IHP geschaffen.
Aktuelle Schwerpunkte der Arbeiten zu neuen Hochk-Dielektrika
sind binäre und ternäre Legierungen für
zukünftige Anwendungen in MIM-Kondensatoren, Speichern
und Transistoren sowie als Epitaxievermittler
für globale hochwertige heteroepitaktische Halbleiterschichten(Halbleiter-Isolator-Halbleiter-Schichtstapel).
Weiterhin werden neue Materialien für akustische
Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter) und für nichtflüchtige
Speicher (NVM-Speicher) bewertet.
Zukünftige Aktivitäten konzentrieren sich auf integrierbare
THz-Bauelemente, insbesondere den HBT,
MIIMIM-Tunneltransistoren mit heißen Elektronen sowie
Graphen-Transistoren.
Gegenstand der Arbeiten im Gemeinsamen Labor mit
der BTU Cottbus ist die Si-Materialforschung. Dabei sollen
die Eigenschaften des Si-Materials maßgeschneidert
werden, um neue Anwendungen zu ermöglichen und um
bestehende Anwendungen zu verbessern.
Schwerpunkte sind die grundlagenorientierte Vorlaufforschung
zu Si-basierten Lichtemittern für die optische
Datenübertragung, zum „Defect Engineering“
für zukünftige Si-Wafer, zum Bandstrukturdesign und
Ladungsträgertransport in Si-basierten Quantenstrukturen
und zur Beherrschung der elektrischen Eigenschaften
von Kristalldefekten in Solar-Si.
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Materials for Micro- and Nanoelectronics
Materials research at IHp targets the integration of
new materials into current and future silicon technologies
to achieve additional, better or innovative
functionalities. It also gears towards the preparation
of new research fields at the institute.
Current focal points of the activities with high-k dielectrics
are binary and ternary alloys for future applications
in MIM capacitors, memories and transistors
as well as for epitaxy mediation for global high quality
heteroepitaxial semiconductor layers (semiconductor-insulator-silicon
stacks). Additionally, new
materials for SAW filters and non-volatile memories
are evaluated.
Future activities will concentrate on tHz devices
with the capability to be integrated, preferably HBts,
MIIMIM hot electron tunnelling transistors and graphene
transistors,
Silicon materials research is the subject matter of the
Joint lab IHp/Btu. Silicon properties are tailored
to enable new applications and to improve existing
ones.
Focuses are initial basic research for Si-based light
emitters for optical data transmission, defect engineering
for future silicon wafers, band structure design
and charge carrier transport in Si-based quantum
structures, and the control of electrical properties of
crystal defects in solar silicon.
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d A S J A H r 2 0 0 8 – u p d A t e 2 0 0 8
Update 2009

Das Jahr 2009
Die Forschungsergebnisse des Institutes sind 2009 in
126 schriftlichen Publikationen und 180 Vorträgen
veröffentlicht. Darüber hinaus wurden mehrere wissenschaftliche
Veranstaltungen maßgeblich durch Mit-
arbeiter des IHP organisiert. Dazu gehören die 13.
„GADEST“ (Gettering and Defect Engineering in Semiconductor
Technology), die 2009 in Döllnsee-Schorfheide
stattfand, die „Wilhelm and Else Heraeus Physics
School“ in Bad Honnef sowie der „8. Workshop High-
Performance SiGe BiCMOS“ mit anschließendem zweitägigen
Tutorial zu den IHP Design Kits in Frankfurt
(Oder).
Zum Ausbau der Kooperation mit regionalen Firmen
gab es am IHP erstmals einen Brandenburger Sensornetztag
mit Firmen dieser Branche. Studierenden relevanter
Studienrichtungen bot die „8. Sommerschule
Mikroelektronik“ Gelegenheit, die Arbeit am IHP kennen
zu lernen. Ergänzt wurde diese Veranstaltung durch
die gemeinsam mit dem Investorcenter Ostbrandenburg
durchgeführte „Sommerschule Solar“, die ebenfalls von
mehr als 20 Studenten besucht wurde. Darüber hinaus
fanden mehrere Treffen großer Verbundprojekte am Institut
statt.
Am 16. März 2009 wurde Professor W. Mehr durch die
Brandenburgische Wissenschaftsministerin und dem
Wirtschaftsminister zum Wissenschaftsbotschafter für
den Wirtschaftsstandort Brandenburg ernannt.
Den EEEfCOM-Innovationspreis für praxisrelevante Forschung
erhielt Professor R. Kraemer zusammen mit
Wissenschaftlern der TU Dresden und der Universität
von Cantabria für das Projekt „MIMAX“.
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
update 2009
In 2009 the research results of the institute were made
public in 126 written publications and 180 oral presentations.
In addition, several scientific events were
primarily organized by members of the IHp staff.
these include the 13 th “GADeSt (Gettering and Defect
engineering in Semiconductor technology) which was
held in 2009 in Döllnsee-Schorfheide, the “Wilhelm
and else Heraeus physics School“ in Bad Honnef and
the “8 th Workshop High-performance SiGe BiCMoS”,
followed by a two-day tutorial on the IHp Design Kits
which took place in Frankfurt (oder).
to extend cooperations with regional companies, IHp
held the first “Brandenburg Sensornetztag” involving
companies of this industry. the “8 th Summer School
Microelectronics” offered students of relevant fields
of study an opportunity to learn about the work at
IHp. this event was complemented by the “Summer
School Solar“ organized jointly with the Investorcenter
ostbrandenburg. More than 20 students attended
each of these. In addition several large meetings of
major collaborative projects took place at the institute.
on March 16 th 2009 professor W. Mehr was appointed
science ambassador for the industrial location Brandenburg
by the science minister and the minister of
economic affairs of the Federal State of Brandenburg.
the eeefCoM Innovation Award for practice-orientated
research was awarded to professor R. Kraemer
together with scientists from the tu Dresden and the
university of Cantabria for the project “MIMAX“ .
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Wissenschaftliche Ergebnisse
Im Folgenden wird auf ausgewählte wissenschaftliche
Fortschritte in den Forschungsprogrammen im Jahr
2009 hingewiesen. Detaillierte Ergebnisse einzelner
Forschungsprojekte sind im nachfolgenden Kapitel
„Ausgewählte Projekte“ dargestellt.
Drahtlose Systeme und Anwendungen
Hauptziel des Projektes EASY-A (Enablers for Ambient
Services and Systems – 60 GHz Broadband Links) ist die
Realisierung einer drahtlosen Datenübertragung mit
einer Rate von etwa 10 Gbps. Das IHP ist Konsortialführer
in diesem durch das BMBF geförderten Projekt
mit einem Gesamtvolumen von 18 Mio. Euro. In diesem
Projekt wurde ein Demonstrator mit einer Echtzeit Videoübertragung
im 60-GHz-Band über eine Entfernung
von mehreren Metern realisiert. Ein zweiter Demonstrator
mit 60 GHz Trägerfrequenz überträgt UWB-Signale.
Hier konnte durch Optimierung der Anpassungen und
der Sendeleistungen eine Reichweite von über 40 m
gezeigt werden. Mit den Arbeiten im Bereich 60-GHz-
Kommunikation ist das IHP in zwei umfangreichen
Buchbeiträgen vertreten. Die 60-GHz-Hardware wurde
erfolgreich an mehrere Unternehmen zu Testzwecken
verkauft.
Erste Ergebnisse der EU-Projekte GALAXY, MIMAX und
OMEGA wurden auf mehreren internationalen Konferenzen
vorgestellt.
Im Rahmen des von IHP koordinierten Projektes GALA-
XY (GALs interfAce for compleX digital sYstem integration)
wurden zwei Patente eingereicht. Das Erste zum
effizienten und kostengünstigen Test von asynchronen
Protokollen während der Laufzeit und das Zweite zu optimalen
Interfaceschaltungen zwischen digitalen Blöcken.
Für unsere Veröffentlichung über GALS-Konzepte
wurde auf der ICCD (International Conference on Computer
Design) 2009 der Best Paper Award verliehen.
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Scientific results
In the following, selected scientific advances in the
research programs in 2009 will be pointed out. Detailed
results of single research projects will be described
in the next chapter “Selected projects”.
wireless Systems and Applications
the primary objective of the project eASY-A (enablers
for Ambient Services and Systems – 60 GHz Broadband
links) is to realize wireless communication with
a data rate of approximately 10 Gbps. the IHp is the
leader of this project, which is funded by the Federal
Ministry of education and Research and has a total
volume of 18 million euro. We were able to demonstrate
a real-time video transmission in the 60 GHz
band over a distance of several meters. A second demonstrator
with a carrier frequency of 60 GHz transmits
uWB signals. A transmission range of more than
40 m was reached after optimization of the matching
and power. IHp`s work on 60 GHz communication is
described in two extensive book chapters. the 60 GHz
hardware was sold to several companies for test purposes.
First results of the eu projects GAlAXY, MIMAX and
oMeGA were presented at numerous international
conferences.
the project GAlAXY (GAls interfAce for compleX digital
sYstem integration) is coordinated by the IHp. two
patents were filed within this project. the first one is
for efficient and economic test of asynchronous protocols
during runtime, and the second one is about
optimal interface circuitries between digital blocks.
For our publication on GAlS concepts we received
the Best paper Award at the ICCD (International Conference
on Computer Design) 2009.

Im Projekt MIMAX (Advanced MIMO systems for MAXimum
reliability and performance) wurde ein Patent für
das optimale Training der Amplituden und Phasenwerte
für MIMO-Parameter eingereicht.
Im Rahmen des Projektes OMEGA (Home Gigabit Access)
wurde ein Verfahren für die semantische Beschreibung
von Quality-of-Service-Parametern zwischen verschiedenen
MAC-Protokollen entwickelt. Das darauf aufbauende
Framework zur Realisierung der Control-Plane
wurde entwickelt und dient nun den Entwicklern in den
Partnerorganisationen zur Umsetzung der Control-Plane
Steuerungs-Algorithmen.
Das vom BMWi geförderte Projekt HOMEPLANE (Home
Media Plattform und Netzwerke) wurde am 5. Mai 2009
mit einem Anwenderworkshop erfolgreich abgeschlossen.
Es wurden Ergänzungen der Hard- und Firmware
im WLAN-Chipset des IHP nach dem Standard IEEE
802.11a / g entwickelt und implementiert. Diese bildeten
die Voraussetzungen für innovative Algorithmen
der TU Dortmund, welche die Medienströme verwalten
und die benötigte Dienstgüte garantieren. Das IHP hat
außerdem neue Komponenten zur Sicherheit der Middleware
entwickelt. Die Projektpartner haben dies mit
dem Ressourcenmanagement, der Netzorganisation und
den Benutzerschnittstellen zu einem aussagekräftigen
Demonstrator integriert. Der Homeplane-Demonstrator
wurde dazu in einem Musterhaus installiert und dem
BMWi und anderen Interessenten vorgeführt. Aufbauend
auf den Arbeiten in Homeplane wird nun an der
Weiterentwicklung der WLAN Komponenten in Richtung
Car-2-x Systeme gearbeitet.
Ein Ziel des Institutes als registrierter Partner der ESA
ist es, den im IHP entwickelten Prozessor LEON-3-FT in
eine große Mission der ESA einzubringen. Zusätzlich
werden derzeit Projekte für eine generalisierte Prozessorbasis
für Satelliten zusammen mit der DLR vorangetrieben.
Ein neuer Speichergenerator für PROMs wurde
zusammen mit der ukrainischen Firma Genesys realisiert
und getestet.
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
In the project MIMAX (Advanced MIMo systems for
MAXimum reliability and performance) a patent was
filed for the optimal training of amplitudes and
phases for MIMo-parameters.
A method for the semantic description of Quality-of-
Service-parameters between different MAC protocols
was developed in the project oMeGA (Home Gigabit
Access). A framework for the realization of the control
plane which builds on this was developed and is
used now by the developers in the partner organisations
for the realization of the control algorithm in
this plane.
the project HoMeplAne (Home Media platform and
networks), financed by the Federal Ministry of economics
and Research, was successfully finished with
a user workshop on May 5 th 2009. Supplements of the
hard- and firmware in IHp`s WlAn chipset for the
Ieee 802.11a/g standard were developed and implemented.
they are the preconditions for innovative
algorithms of the tu Dortmund which manage the
media streams and guarantee the required quality of
service. In addition, the IHp has developed new components
for middleware security. the project partners
have integrated this with resource management, network
organisation and user interface to a compelling
demonstrator. the HoMeplAne demonstrator was
installed in a show house and demonstrated to the
BMWi (Federal Ministry of economics and technology)
and additional interested groups. Based on the
HoMeplAne works WlAn components are now further
developed towards car-2-x systems.
It is an aim of the institute as a registered partner
of the eSA to introduce IHp`s leon-3-Ft processor
into a great eSA mission. In addition, several projects
for a general processor basis for satellites are being
prepared in cooperation with the DlR. A new memory
generator for pRoMs was designed and tested in cooperation
with the ukrainian company Genesys.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
7

Ein erster sicherer Knoten für drahtlose Sensornetze
wurde für das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik
(BSI) entwickelt. Dieser Knoten soll
Sensornetze im Grenzüberwachungsbereich gegen Manipulationen
und das Eindringen von Außen schützen.
Für diesen Knoten wurden eine Hardware- sowie eine
Softwarearchitektur entworfen. Die Hardwarearchitektur
wurde umgesetzt und in die Präparation eingesteuert.
Zusätzlich wurde das Design erfolgreich auf einem
FPGA umgesetzt und erste Teile der Software wurden
auf dieser Plattform bereits fertig gestellt.
Für die Kommunikation von Sensorknoten wird der
Standard IEEE 802.15.4 realisiert. Ein erstes Design der
analogen und digitalen Komponenten des 868-MHz-
Frontends wurde fertig gestellt und in die Fertigung
eingesteuert. Ein Parallel Sequence Spread Spectrum
(PSSS)-basiertes Basisband für die Sensornetzkommunikation
wurde realisiert. Für den neuen Metering-
Standard nach EN15787-4 wurde das digitale Baseband
realisiert und eine zusätzliche Version mit erhöhter
Zuverlässigkeit umgesetzt. Die Implementierung des
802.15.4 Medienzugriffsprotokolls wurde für Reduced-
Function- und Full-Function-Devices abgeschlossen.
2009 wurden die Projekte MATRIX (Middleware für die
Realisierung Internetbasierter telemedizinischer Dienste,
gefördert durch das BMBF), SMART (Secure, Mobile
visual sensor networks ARchiTecture, ein ARTEMIS-Projekt)
sowie WSAN4CIP (Wireless Sensor and Actuator
Networks for critical infrastructures, gefördert durch
die EU) neu gestartet. Das IHP ist der technische Koordinator
des Projektes WSAN4CIP, das im gemeinsamen
ICT und Security Call der EU beantragt und als bestes
Proposal ausgewählt wurde. In diesem Projekt wurde
das erste Meilenstein-Dokument mit der Auswahl der
Demonstrator-Szenarien und von Protokoll-Ansätzen
bereits fertig gestellt.
Im durch das BMBF geförderten Projekt FeuerWhere
(Tracking Fire Fighters) wurde ein Demonstrator für das
Body Area Netz realisiert. Dieses dient zur Überwachung
von Parametern am Körper des Feuerwehrmannes bzw.
am Feuerschutzanzug. Der Demonstrator unterstützt
drei unterschiedliche Funkverfahren und kann flexibel
konfiguriert werden.
8 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
In the area of wireless sensor networks a first secure
node was developed for the Federal office for
Information Security (BSI). this secure node should
protect sensor networks in borderline applications
against external manipulation and invasion. A hardware
and software architecture was designed for this
node. the hardware architecture was realized and is
now in preparation. Additionally, the design was successfully
realized as an FpGA, and first software parts
for this platform are already running.
the communication between sensor nodes will be realized
with the standard Ieee 802.15.4. A first design
for the analog and digital components of an 868 MHz
front-end are under preparation in the pilot line. A
parallel Sequence Spread Spectrum (pSSS) based base
band for the communication in the sensor network
was realized. the digital baseband and an additional
highly reliable version were realized for the new metering
standard en15787-4. the implementation of
the 802.15.4 medium access protocol was finished for
reduced-function as well as full-function devices.
In 2009 the new projects MAtRIX (middleware for
internet-based telemedicine services, funded by the
BMBF), SMARt (Secure, Mobile visual sensor networks
ARchitecture, an ARteMIS project) and WSAn4CIp
(Wireless Sensor and Actuator networks for critical
infrastructure, funded by the eu) were started. IHp
is the technical coordinator of the project WSAn4CIp,
which was applied for in the joint european ICt and
security call and selected as the best proposal. In this
project, the first milestones with the selected demonstrator
scenarios and approaches for the protocol
were finished.
In the BMBF supported project FeuerWhere (tracking
Fire Fighters) a demonstrator for the body area network
was realized. It monitors the body parameters of
the fire fighter and the fire suit, respectively. the demonstrator
supports three different radio standards
and can be configured flexibly.

Zusätzlich konnten 2 ForMaT-Projekte (ForMaT: Forschung
für den Markt im Team) aus dem Bereich Sensornetze
eingeworben werden. ForMaT-Projekte können
bei erfolgreichem Abschluss die Basis für die Ausgründung
von Firmen werden. Weiterhin wurden zwei ZIM-
Projekte (ZIM: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand)
neu gestartet, die mit der lokalen Industrie
Ergebnisse aus den jeweiligen Projekten in Produkte
umsetzen sollen.
Hochfrequenz-Schaltkreise
Das IHP ist Koordinator im Projekt SUCCESS (Silicon-based
Ultra-Compact Cost-Efficient mm-Wave Sensor System-on-Chip)
im 7. Forschungsrahmenprogramm der EU.
Partner sind u. a. Bosch, ST Microelectronics, die Universität
Toronto und das Karlsruhe Institute of Technology.
Das im Dezember 2009 begonnene Projekt hat zum Ziel,
hochintegrierte 122 GHz ISM-Band Radar-Systeme in
SiGe-Technologie und neuartige Packaging-Technologien
für mm-Wellenschaltkreise zu entwickeln.
Im Projekt HMOS, einem Teilprojekt des BMBF-Schwerpunkt-Programms
mobileGaN, wurden verschiedene
Delta-Sigma-A/D-Wandler für zukünftige, neuartige
Mobilfunk-Basisstationen mit energieeffizienten Sendeverstärkern
entworfen. Die weltweit ersten Delta-Sigma-Modulatoren
für 900 MHz und 2 GHz (UMTS) Class-S
Sendeschaltungen wurden entwickelt und von den Firmen
EADS und Alcatel-Lucent erfolgreich getestet. Ein
Delta-Sigma-Modulator mit neuartiger Architektur und
mathematischer Modellierung wurde entwickelt. Zwei
Patent-anmeldungen wurden eingereicht und Ergebnisse
auf internationalen Konferenzen präsentiert.
Das BMBF-Verbundprojekt MxMobile, in dem das IHP
einen frequenzagilen SiGe BiCMOS Frequenzsynthesizer
für Mobilfunk-Basisstationen entwickelte, wurde beendet.
Der Synthesizer wurde erfolgreich in einem Basisstation-Demonstrator
der Firma Alcatel-Lucent getestet
und erfüllt voll die zu Beginn des Projekts spezifizierten
Zielstellungen. Eine Variante des Synthesizers als
Delta-Sigma-Fractional-N Synthesizer wurde realisiert.
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
Additionally, two ForMat projects (ForMat: research
for the market as a team) in the area of sensor networks
were started. Successfully finished ForMat projects
can become the basis for spin-off companies.
Additionally, two ZIM projects (ZIM: central innovation
program for small businesses) were started, which
aim to develop project results into products together
with the local industry.
High Frequency Circuits
IHp is coordinating the project SuCCeSS (Siliconbased
ultra-Compact Cost-efficient mm-Wave Sensor
System-on-Chip) in the Seventh Framework
programme of the eu. project partners are amongst
others Bosch, St Microelectronics, the university of
toronto and the Karlsruhe Institute of technology.
the project started in December 2009 and aims to
develop highly integrated 122 GHz ISM-band radar
systems in SiGe technology and to develop new technologies
for packaging of mm-wave circuits.
In the project HMoS, which is part of the BMBF priority
program mobileGan, different Delta-Sigma-A/D
Converters for innovative future cellular base stations
with energy-efficient power amplifiers were designed.
the worldwide first Delta-Sigma Modulators for 900
MHz and 2 GHz (uMtS) Class-S transmitter circuits
were developed and successfully tested by eADS and
Alcatel-lucent. A Delta-Sigma-Modulator with innovative
architecture and mathematical modelling was
developed. two patent applications were submitted
and the results were presented at international conferences.
the joint research project MxMobile, which was supported
by the BMBF, is finished. In this project, IHp
developed an frequency-agile SiGe BiCMoS frequency
synthesizer for cellular base stations. the synthesizer
was successfully tested in the basestation demonstrator
of Alcatel-lucent and fulfils the specifications
of the project. A synthesizer version as an Delta-Sigma-Fractional-n-Synthesizer
was realized.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
9

In Zusammenarbeit mit ESA und DLR wurde in den
Projekten 3020 (ESA), SiMS (ESA) und SiSSI (DLR)
hochintegrierte Fractional-N PLL-Synthesizer für Satellitenanwendungen
entwickelt. Eine Version eines 10
GHz PLL-Synthesizers wurde von der ESA erfolgreich auf
Strahlungsfestigkeit getestet.
Die Abteilung Circuit Design hat das CD ProtoLab eingerichtet,
ein Labor, das es ermöglicht 2- bis 3-lagige
Hochfrequenz-Platinen in Feinstleitertechnik im IHP
herzustellen, sowie Aufbautechnik in Flip-chip- und
Drahtbond-Technik durchzuführen. Hierfür wurden entsprechende
Investitionen in Geräte getätigt und ein
Techniker wurde eingestellt. Damit verbessern sich die
Möglichkeiten des IHP zur Realisierung von Höchstfrequenz-Schaltungen
bis über 100 GHz wesentlich. Des
Weiteren kooperiert die Abteilung im Rahmen von Projekten
im Bereich Aufbautechnik und Packaging für HF-
und Photonik-Anwendungen mit der Universität Karlsruhe
(Prof. Zwick), dem IMST, dem Fraunhofer IZM, mit
Tyco Electronics und der TU Berlin (Joint Lab Silicon
Photonics).
Im Projekt „Integrierter Sicherheits-Monitor (ISM)“
wird mit dem DLR und mehreren Berliner Firmen bzw.
Instituten ein integriertes Sicherheitsportal für die Personenkontrolle
entwickelt, mit dem verborgene Objekte
(Waffen) und Substanzen (radioaktive Materialien,
Explosivstoffe) nachgewiesen werden können. Das IHP
hat im Rahmen des Projekts bereits ein erstes hochintegriertes
122 GHz Empfänger-Frontend für Body-Scanner
entwickelt und auf der BCTM (Bipolar / BiCMOS Circuits
and Technology Meeting) 2009 präsentiert.
Im Bereich GSps ADC und DAC (Analog-Digital Konverter
und Digital-Analog Konverter) wurde ein 16 GSps
4 Bit ADC realisiert, der ein neuartiges, zum Patent
angemeldetes Referenz-Eingangsnetzwerk verwendet.
Der ADC wurde im DFG-Projekt HaLoS entwickelt und
auf der COMCAS (The International IEEE Conference on
Microwaves, Communications, Antennas and Electronic
Systems) präsentiert. Des Weiteren wurde im Rahmen
des BMBF-Projektes 100GET (100 Gbps Carrier-grade
Ethernet Transport Technologies) ein 30 GSps 6 Bit DAC
realisiert, der weltweit den zweitbesten DA-Wandler in
diesem Geschwindigkeitsbereich darstellt.
20 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
Highly integrated Fractional-n pll-Synthesizers for
satellite applications were developed by the IHp in
the projects 3020 (eSA), SiMS (eSA), and SiSSI (DlR)
together with the eSA and the DlR. one version of
a 10 GHz pll synthesizer was tested successfully for
radiation hardness by the eSA.
the department Circuit Design has built up a CD protolab,
where 2- and 3-layer microfine-line RF pCBs
can be prepared and where flip-chip and wire bonding
techniques are available. the appropriate investments
were made and a technician was appointed. this improves
IHp’s capabilities for preparing RF circuits up
to more than 100 GHz considerably. Additionally,
the department cooperates in assembly and housing
projects for RF and photonic applications with the
university Karlsruhe (professor Zwick), the IMSt, the
Fraunhofer IZM, tyco electronics, and the tu Berlin
(Joint lab Silicon photonics).
An integrated security portal for passenger security
checks is under development in the project “Integrated
Security Monitor”, together with the DlR and
several Berlin companies and institutions. Hidden
objects (weapons) and substances (radioactive materials,
explosives) can be found with this equipment.
Within the project IHp has developed a highly integrated
receiver frontend for body scanners and presented
it at the BCtM (Bipolar / BiCMoS Circuits and
technology Meeting) in 2009.
In the field of GSps ADC and DAC (Analog to Digital
and Digital to Analog Converter) a 16 GSps 4 bit ADC
was realized, which uses an innovative and patent
pending reference input network. the ADC was developed
in the DFG supported project HaloS and presented
at the CoMCAS (the International Ieee Conference
on Microwaves, Communications, Antennas
and electronic Systems). A 30 GSps 6 bit DAC was realized
within the BMBF-supported project 100Get (100
Gbps Carrier-grade ethernet transport technologies),
which is the worldwide second-best DA converter in
this performance range.

Technologieplattform für drahtlose und Breitbandkommunikation
Die 0,13-µm-BiCMOS-Technologie des IHP bietet hervorragende
Möglichkeiten für hochintegrierte Mischsignal-Schaltungen.
Insbesondere die in der Technologie
enthaltenen Heterobipolartransistoren (HBTs)
mit Schwingfrequenzen bis zu 300 GHz und Transitfrequenzen
bis zu 250 GHz sind für höchste Geschwindigkeitsanforderungen
geeignet. 2009 wurden zwei
reguläre MPW-Runs mit 0,13-µm-BiCMOS gestartet.
Fortschritte konnten bei der weiteren Stabilisierung der
Technologie erzielt werden. So konnte erstmalig eine
deutliche Verbesserung der SRAM-Ausbeuten gezeigt
werden. Die Vorstellung der Technologie während der
BCTM (Bipolar / BiCMOS Circuits and Technology Meeting)
2009 fand großes Interesse.
Ein wichtiger Schwerpunkt der technologischen Aktivitäten
sind Arbeiten zur weiteren Erhöhung der Grenzfrequenzen
von HBTs, die im Rahmen des EU-Projektes
DOTFIVE (Towards 0.5 TeraHertz Silicon / Germanium
Heterojunction bipolar technology) durchgeführt werden.
Ziel des Projektes ist es, HBTs mit Grenzfrequenzen
von 500 GHz zu entwickeln. An der Universität Wuppertal
wurden auf Basis der HBT-Technologie des IHP
Schaltkreise bis zu 650 GHz entworfen und demonstriert.
Die Arbeiten zu LDMOS-Transistoren, die besonders interessant
für DC-DC Konverter, Powermanagement und
Leistungsverstärker sind, wurden erfolgreich weitergeführt.
LDMOS-Transistoren mit verbesserten Eigenschaften
wurden entwickelt und einem Industriepartner
zur Verfügung gestellt.
Die zukünftige Entwicklung von Technologien am IHP
und deren Anwendung in Schaltungen und Systemen
verfolgt eine „More than Moore“-Strategie. Ziel ist die
Integration von Modulen mit zusätzlicher Funktionalität
in die BiCMOS-Technologie. So wurden im letzten
Jahr mit Arbeiten zur Verbindung von Photonik und
Elektronik (Si Photonics) in den Projekten HELIOS
(Photonics Electronics functional Integration on CMOS,
gefördert durch die EU) und SiliconLight (Neuartige
Lichtquellen und Komponenten für die Si-Photonik,
gefördert vom BMBF) gestartet. Erste Ergebnisse zu
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
technology platform for wireless and Broadband
Communication
IHp`s 0.13 µm BiCMoS technology offers excellent
opportunities for highly-integrated mixed-signal circuits.
especially the heterobipolar transistors in this
technology with oscillation frequencies up to 300 GHz
and transit frequencies up to 250 GHz are particularly
suitable for highest speeds. two regular MpW runs
with 0.13 µm BiCMoS were started in 2009. progress
was made in the further stabilization of the technology.
A considerable improvement of the SRAM yields
was demonstrated for the first time. the presentation
of the technology at the BCtM (Bipolar / BiCMoS
Circuits and technology Meeting) in 2009 produced
much interest.
An important focus of the technological activities is
the further increasing of the frequencies of heterobipolar
transistors, realized in the european project
DotFIVe (towards 0.5 teraHertz Silicon / Germanium
Heterojunction bipolar technology). the project goal
is the development of HBts with frequencies up to
500 GHz. using IHp`s technology, the university of
Wuppertal designed and demonstrated circuits up to
650 GHz.
the activities on lDMoS-transistors, which are especially
interesting for DC-DC converters, power management
and power amplifier, were successfully
continued. lDMoS transistors with improved characteristics
were developed and transferred to an industrial
partner.
the future development of the technology at the IHp
and its application in circuits and systems follows a
“More than Moore” strategy, i.e. the integration of
modules with additional functionality in the BiCMoS
technology. In this context activities to connect
photonics with electronics (Si photonics) were started
in the projects HelIoS (photonics electronics
functional Integration on CMoS, supported by the
eu) and Siliconlight (new light sources and components
for Si photonics, supported by the BMBF). First
results on integrated waveguides were achieved and
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
2

integrierten Wellenleitern konnten erzielt und veröffentlicht
werden. Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit
mit Partnern, insbesondere mit der TU Berlin,
durchgeführt. Zum Thema Silizium Photonik wurden im
Oktober 2009 drei EU Forschungsprojekte im 7. Rahmenprogramm
beantragt. Damit konnte eine weitere
Verbesserung der internationalen wissenschaftlichen
Vernetzung des IHP auf diesem Gebiet erreicht werden.
Ein Joint Lab Silicon Photonics gemeinsam mit der TU
Berlin ist in Vorbereitung.
Im Rahmen des BMBF-Programms „Spitzenforschung
und Innovation in den Neuen Ländern“ nimmt das
IHP am Projekt „Kompetenznetzwerk für Nanosystemintegration“
als einer der Hauptpartner teil. Damit
werden die Arbeiten des Institutes zur Integration von
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) in BiCMOS
Technologien gefördert, die strategische Bedeutung für
die Weiterentwicklung der Anwendungsmöglichkeiten
für innovative Schaltungen und Systeme haben. Ergebnisse
zur Integration von MEMS Komponenten (RF
Switch) in eine BiCMOS Technologie wurden auf dem International
Electronic Device Meeting in Baltimore im
Dezember 2009 erstmalig vorgestellt.
22 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
published. these activities will be continued in close
collaboration with partners, especially with the tu
Berlin. In october 2009, three eu projects in the seventh
research framework were applied for in the field
of silicon photonics. this results in a further improvement
of the international scientific networking of the
IHp in this field. A Joint lab Silicon photonics will be
established together with the tu Berlin.
the IHp is one of the main partners of the project
“Competence network for the integration of nanosystems”
within the BMBF-programme “excellence and
Innovation in the new Federal States”. In this project
IHp`s activities for the integration of MeMS (Microelectro-Mechanical
Systems) into BiCMoS technology
are supported, which are of strategic importance for
the further development of the application spectrum
for innovative circuits and systems. IHp`s results of
the integration of MeMS components (RF switch) into
a BiCMoS technology were first presented at the International
electron Devices Meeting in Baltimore in
2009.

Materialien für die Mikro- und Nanoelektronik
(einschließlich gemeinsame Labore)
Ein Schwerpunkt der Abteilung ist die Heteroepitaxie
auf Silizium. In enger Zusammenarbeit mit der Siltronic
AG erfolgt die Entwicklung sogenannter „Engineered
Wafer“-Systeme. Ziel ist dabei die globale Integration
alternativer Halbleiterschichten geeigneter kristalliner
und elektrischer Qualität auf der Siliziumscheibe zur
weiteren Leistungssteigerung der Mikroelektronik. Die
Arbeiten konzentrieren sich zurzeit auf die Entwicklung
100 %-iger Germanium- sowie Galliumnitridschichten
hoher Qualität auf Silizium. Die Integration dieser
Halbleiterschichten erfolgt mittels MBE- (Molecular
Beam Epitaxy) und CVD- (Chemical Vapour Deposition)
Verfahren, wobei gitterangepasste Oxidpuffersysteme
ein wesentlicher Baustein für die erfolgreiche Heteroepitaxie
sind. Ein weiteres, von der DFG gefördertes
Projekt widmet sich der Grundlagenphysik zur Entwicklung
innovativer Pufferkonzepte. Neu beantragt wurde
ein ERC Grant zum Thema Germanium-Heteroepitaxie
auf nanostrukturierten Siliziumwafern mit der Zielrichtung
der Entwicklung einer Si CMOS kompatiblen
Ge Photonik („The Ge laser – a 3D nanoheteroepitaxy
approach towards the „holy grail“ of a Si compatible
light source“). Im Rahmen der Terahertz-Strategie des
IHP werden weiterhin in enger Zusammenarbeit mit der
Humboldt Universität Berlin InGaP-Systeme auf Silizium
aufgrund ihres hohen Potentials für Hochfrequenz-
Anwendungen untersucht.
Ein zweiter Schwerpunkt der Abteilung Materials Research
sind Metall – Isolator – Metall (MIM) Strukturen,
die insbesondere für die Back-End-of-Line (BEOL) Integration
neuer Funktionen in die Silizium-Technologie
einen kostengünstigen Weg eröffnen. Ziel des MEDEA+
- Projektes MaxCaps (Materialien für extrem hohe integrierte
Kapazitäten) ist – in enger Zusammenarbeit
mit Industrieunternehmen wie Infineon, Aixtron, Air
Liquide etc. – die Entwicklung von Materialien und von
Abscheidungsprozessen für Ultra-Hoch-k-Dielektrika
(UHK) mit dem Ziel, hochintegrierte MIM-Kapazitäten
für die Automobilelektronik zu schaffen. Kondensatoren
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
Materials for Micro- and Nanoelectronics
(including Joint Labs)
Heteroepitaxy on silicon is one focus of the department.
So-called “engineered wafer” systems are developed
in close collaboration with the Siltronics AG.
Goal of the project is the global integration of alternative
semiconductor layers of appropriate crystalline
and electrical quality on the silicon wafer for further
improved performance of microelectronics. the activities
are now concentrated on the development of
high quality pure Germanium- and Gallium nitride
layers on silicon. the semiconductor layers are integrated
with MBe- (Molecular Beam epitaxy) and CVD
(Chemical Vapour Deposition) techniques, with lattice
matched oxide buffer systems as an important part
for a successful heteroepitaxy. An additional DFGsupported
project is focused on the basic physics for
the development of innovative buffer concepts. An
application for an eRC Grant was submitted on Germanium
heteroepitaxy on nanostructured silicon wafers
with the goal of developing silicon CMoS compatible
Germanium photonics (“the Ge laser – a 3D nanoheteroepitaxy
approach towards the “holy grail” of a Si
compatible light source”). Within IHp`s terahertzstrategy
InGap-systems on silicon will be further
investigated together with the Humboldt university
Berlin, because of their high potential for RF applications.
A second focus of the department are metal-insulator-metal
(MIM) structures, which are a cost-effective
way for the back end of line (Beol) integration of new
functions in the silicon technology. Goal of the BMBFsupported
project MaxCaps (Integrated Metal-Insulator-Metal
capacitors with ultra high-k dielectrics) is,
in close collaboration with companies such as Infineon,
Aixtron, Air liquide and others, to develop materials
and deposition processes for ultra-high-k (uHK)
dielectrics for highly-integrated capacitors for automotive
applications. Capacitors are commonly used
devices in automobile electronics. In order to reduce
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
2

sind in der Automobilelektronik ein häufig verwendetes
Bauteil. Um deren benötigte Fläche zu reduzieren, sind
integrierte Kondensatoren mit sehr hohen spezifischen
Flächenkapazitäten notwendig. Eine höhere Flächenkapazität
würde eine höhere Integrationsdichte erlauben,
was die Halbleiterbauteilfertigung wirtschaftlicher
und energieeffizienter macht. Ein Schwerpunkt
liegt dabei zurzeit auf der Verwendung perovskitartiger
Isolatoren, die eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante
>100 besitzen.
Im ebenfalls vom BMBF geförderten Projekt MEGA EPOS
(Metall-Gate-Elektroden und epitaktische Oxide als
Gate-Stacks für zukünftige CMOS-Logik- und Speichergenerationen)
arbeitet die Abteilung an der Entwicklung
dielektrischer Schichten für zukünftige MIM-basierte
DRAM (Dynamic Random Access Memories) Kondensatoren.
Im Fokus der Arbeiten stehen Hf- und Zr-basierte
polykristalline Materialien, die eine kubische Perovskit-
Struktur besitzen. Für Materialien wie BaHfO 3 , BaZrO 3
und SrHfO 3 wurden Dielektrizitätskonstanten von ~ 40
und Leckstromdichten von ~ 10 -7 A / cm 2 bei CET ~ 1,2
nm (Capacitance Equivalent Thickness) erreicht. Durch
eine Kombination von BaHfO 3 und TiO konnte die Dielektrizitätskonstante
bis auf ~ 90 verbessert werden.
Im Hinblick auf die technologische Verwertung dieser
Materialien wird auch eine entsprechende chemische
Dampfphasen-Abscheidung (CVD) entwickelt. Mittels
Ab-Initio-Berechnungen wurden wichtige Hinweise für
die Optimierung der Abscheidungsprozesse gewonnen.
Mit Unterstützung der DFG untersucht die Abteilung
Materialforschung darüber hinaus eine neue Klasse
MIM-Speicher. Diese Arbeiten zielen auf die weitere
Leistungssteigerung der BiCMOS-Technologie des IHP
durch die Integration nichtflüchtiger Speicherfunktionen.
Dieser MIM-Speichertyp ist vergleichsweise
einfach im BEOL zu integrieren und beruht auf einer
elektrisch steuerbaren, nichtflüchtigen Widerstandsänderung
des Isolators einer MIM Struktur zwischen
einem isolierenden („off“) und einem leitenden
(„on“) Widerstandszustand. Dieser Speichertyp wird
2 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
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the required area, integrated capacitors with extremely
high specific area capacities are required. the
increase of the area capacity allows for a higher integration
density and therefore supports the economic
and energy efficient semiconductor production. one
focus is on perovskite-related materials with extremely
high dielectric constants >100.
the department`s goal in the BMBF-funded project
MeGA epoS (metal gate electrodes and epitaxial
oxides as gate stacks for future CMoS logic and memory
generations) is the development of dielectric
layers for future MIM-based DRAM (Dynamic Random
Access Memory) capacitors. the investigations are
focused on Hf- and Zr-based polycrystalline materials
with a cubic perovskite structure. For BaHfo 3 , BaZro 3
and SrHfo 3 , dielectric constants of around 40 and leakage
current densities of 10 -7 A / cm 2 at Cet of 1.2 nm
(Capacitance equivalent thickness) were achieved.
A combination of BaHfo 3 and tio allowed for improving
the dielectric constant to around 90. to enable
a technological evaluation of the new materials, suitable
chemical vapour deposition (CVD) processes are
being developed at the same time. the experiments
were supported by theoretical simulations and ab initio
calculations delivering important input for optimization
of the deposition conditions.
Supported by the DFG, the department currently investigates
a new class of MIM-memories. this work is
directed towards a higher performance of IHp`s BiC-
MoS technology by integrating nonvolatile memory
function. this class of MIM-memory can be integrated
in the Beol in a relatively simple manner. It bases
on an electrically controllable nonvolatile insulator
resistance change of a MIM-structure between an insulating
(“off”) and a conducting (“on”) resistance
state. this memory type is known from the literature
as resistive random access memory (RRAM) approach.

in der Literatur als „resistive random access memory
(RRAM)“ Ansatz bezeichnet. Auf Grund der Kompatibilität
mit dem IHP-BEOL-Prozess wurde als „resistive
switching oxide“ am IHP HfO 2 identifiziert, in dem nach
geeigneter Vorbehandlung pulsinduziertes, resistives
Schalten beobachtet wurde. Der HfO 2 -basierte Ansatz
ist weiterhin aussichtsreich wegen des geringen Leistungsverbrauchs
(< 0,1 mW), des schnellen Schaltens
(< 100 ns), einer hohen Retention (> 10 5 s) und einer
simplen Struktur. Die Integration von HfO 2 in TiNbasierte
MIM-Strukturen mit einer Ti-Zwischenschicht
konnte erfolgreich in Zusammenarbeit mit der Abteilung
Technology des IHP bearbeitet werden. RRAM
Speicherzellen mit einer Strukturgröße bis hinab zu
1 x 1 µm 2 wurden prozessiert und zeigen reproduzierbares
Schaltverhalten. Zurzeit werden diese Strukturen
auf ihr Potential als „embedded RRAM“-Speicherzellen
für künftige SiGe:C BiCMOS-Technologien untersucht.
Der Aufbau vom MIMIM Bauteilen zur Nutzung der hohen
Geschwindigkeit resonanter Tunnelvorgänge für
Terahertz-Bauteile wird künftig einen wichtigen Teil der
Arbeiten im Schwerpunkt „MIM“ darstellen. Zu diesem
Thema wurde ein europäisches Projekt („Development
of Metal-Insulator-Metal Diodes for Terahertz Applications
(MIM THz Diode)“ beantragt.
Graphen befindet sich als dritter Schwerpunkt im
Rahmen der Terahertz-Strategie des IHP zurzeit im
Aufbau. Dieses Material verspricht aufgrund seiner
elektronischen Eigenschaften ein hohes Potential. Die
Arbeiten am IHP widmen sich zurzeit der Realisierung
erster Feldeffekt – Bauteile mittels „Layertransfer“ und
„Microstructure Printing“ – Verfahren sowie der Entwicklung
geeigneter Dünnfilmverfahren, Graphenschichten
mittels CVD selektiv auf einer Silizium-Plattform zu
erzeugen. Bei letzterem Ansatz ist die Erforschung
von lokalen Integrationsmethoden, Graphen nicht auf
metallischen, sondern auf isolierenden Materialien katalytisch
abzuscheiden, für die Entwicklung geeigneter
Hochfrequenz-Bauteile von besonderer Bedeutung. Das
IHP warb zu dieser Thematik einen interdisziplinären
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
Hfo 2 is a suitable “resistive switching oxide” for
RRAM as it is compatible with IHp Beol processing
and shows a puls-induced, resistive switching after
an appropriate pre-treatment. the Hfo 2 -based RRAM
approach is furthermore promising due to its reduced
power consumption (< 0.1 mW), fast switching
(< 100 ns), long retention (> 10 5 s) and simple structure.
the integration of Hfo 2 into tin-based MIM
structures using a ti buffer layer was successfully realized
together with IHp`s department technology.
RRAM memory cells down to 1 x 1 µm 2 were made and
show reproducible switching properties. the potential
of these structures as “embedded RRAM” memory
cells for future SiGe:C BiCMoS technologies is now
under investigation.
Building MIMIM-structures to make use of the fast
resonant tunneling for terahertz-devices will become
an important part of the research on MIMs. on this
topic an application for a european project “Development
of Metal-Insulator-Metal Diodes for terahertz
Applications (MIM terahertz Diode)” was submitted.
Research on graphene is a new and growing third
topic at the IHp. this material seems to have a
high potential because of its electronic properties.
the first activities at the IHp are on the realization
of first field effect devices using layer transfer and
microstructure printing techniques as well as the development
of thin film technologies for selective CVD
deposition of graphene on a silicon platform. For the
latter approach the investigation of local integration
techniques with a catalytic deposition of graphene on
insulating (not on metallic) materials is important for
the development of suitable RF devices. For this topic
IHp acquired an interdisciplinary DFG cluster together
with groups working on microelectronics and
catalysis. Applications for an additional DFG project
on graphene (“In-situ Raman and (SR)-XpS investi-
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
2

DFG Cluster – Antrag unter Beteiligung von Gruppen
aus der Mikroelektronik und der Katalyse ein. Darüberhinaus
wurde zum Thema Graphen ein weiteres DFG –
Projekt („Insitu Raman and (SR)-XPS investigations on
catalytic graphene growth and metal gate oxidation:
From catalysis to a graphene transistor on Si without
layertransfer“) und ein BMBF-Projekt („Entwicklung
grundlegender Graphen-Technologien für zukünftige
hochsensitive Sensoranwendungen“) beantragt.
Das Joint Lab IHP / BTU arbeitet auf dem Gebiet der Si-
Photonik im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes
SiliconLight an einer Si-basierten MIS-LED unter
Nutzung von dünnen Hoch-k-Schichten und durch Waferbonden
erzeugten Versetzungsnetzwerken. Grundlagen
dafür wurden mit dem bereits 2008 abgeschlossenen
Projekt SiLEM (Silizium-Lichtemitter) gelegt.
In Zusammenarbeit mit dem MPI Halle und dem Forschungszentrum
Jülich konnte gezeigt werden, dass die
Integration von Versetzungs-Netzwerken in den Kanal
von MOS-FETs den Drainstrom signifikant erhöht, auch
für kleine Drain- und Gate-Spannungen.
Das Projekt SiGe-TE wurde vom BMBF bewilligt. In diesem
Projekt soll untersucht werden, ob Versetzungsnetzwerke
auch für die Herstellung Si-basierter thermoelektrischer
Generatoren mit hohem ZT-Wert (beschreibt
die Effizienz thermoelektrischer Materialien) geeignet
sind, um die Abwärme der Chips in elektrische Energie
zurückzuwandeln.
26 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
gations on catalytic graphene growth and metal gate
oxidation: From catalysis to a graphene transistor
on Si without layer-transfer”) and a BMBF-supported
project (“Development of basic graphene technologies
for future highly-sensitive sensor applications”)
were submitted.
the Joint lab IHp / Btu is working in the field of silicon
photonics within the BMBF-supported project
Siliconlight on Si-based MIS-leD using thin High-klayers
and dislocation networks, generated with wafer
bonding. the basic ideas for this were generated in
the project SileM (Silicon light emitter), which was
finished in 2008.
together with the MpI Halle and the Research Center
Jülich, it was demonstrated that the integration of
dislocation networks in the channel of MoS-Fets will
significantly increase the drain current, even for low
drain- and gate-voltages.
the project SiGe-t was granted by the BMBF. the aim
of this project is to investigate if dislocation networks
are also usable for producing Si-based thermoelectric
generators with a high Zt-value (describes the efficiency
of thermoelectric materials) for reconverting
the power losses of chips to electricity.

Im kürzlich begonnenen Projekt SINOVA werden gemeinsam
mit der RWTH Aachen und anderen Partnern
- aufbauend auf den Ergebnissen des in 2008 erfolgreich
abgeschlossenen Projektes Bandstrukturdesign
– grundlegende Arbeiten zu Herstellung und Eigenschaften
von Multi-Quantumwells aus nanokristallinen
Silizium-Schichten durchgeführt. Derartige Schichtsysteme
sind u.a. für Solarzellen der 3. Generation
von Interesse. Schwerpunkt der Arbeiten am Joint Lab
IHP / BTU Cottbus ist die Kristallisation der Schichten
mittels neuartiger Verfahren.
Die Kooperation mit der Siltronic AG auf dem Gebiet zukünftiger
Si-Wafer wird fortgesetzt. Im Rahmen eines
Forschungsprojektes werden die experimentellen und
theoretischen Arbeiten zur Sauerstoffpräzipitation weitergeführt.
Auf dem Gebiet Silizium für die Photovoltaik werden
im Rahmen des durch das BMU geförderten Projektes
SolarFocus durch das Joint Lab IHP / BTU Methoden der
Synchrotron-Mikroskopie weiterentwickelt und auf multikristallines
Silizium angewandt. Dabei konnten kleine
Ausscheidungen analysiert werden. In den Arbeiten
zum Projekt AVANTSolar geht es darum, die Entwicklung
verbesserter Verfahren zur Herstellung von Solarsilizium
durch Expertise zur elektrischen Aktivität von Kristalldefekten
und spezifische diagnostische Verfahren
zu unterstützen. Ein weiteres Projekt, das die Nutzung
neuartiger Si-Materialien für die energieeffizientere
Herstellung von Solarzellen bei Conergy beinhaltet,
wurde bewilligt.
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
In the new project SInoVA basic research for manufacturing
and properties of multi quantum wells from
nanocrystalline layers will be carried out together
with the RWtH Aachen and other partners. this work
will build on the results of the project bandstructure
design, which was successfully finished in 2008. these
layer systems are among others of interest for 3rd
generation solar cells. Focus of the activities at the
Joint lab IHp / Btu Cottbus are new layer crystallization
techniques.
the cooperation with the Siltronic AG for future silicon
wafers will continue. experimental and theoretical
investigations on oxygen precipitates will be
conducted.
In the framework of the BMu-funded project Solar-
Focus synchrotron-microscopic methods were built
and applied for multicrystalline silicon for photovoltaics.
Very small precipitates could be analyzed with
this equipment. Goal of the research in the project
AVAntSolar is to support the development of better
techniques for the production of solar silicon, using
expertise on electrical activity of crystal defects and
specific diagnostic techniques. Another project for
using new silicon materials for the energy efficient
production of solar cells together with the company
Conergy was started.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
27

28 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Selected Projects

MIMAX –
Innovatives HF-MIMO-WLAN
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Das Ziel des EU-Projektes MIMAX ist die Entwicklung
eines extrem energiesparenden und kompakten MIMO
(Nutzung mehrerer Sende- und Empfangsantennen)
WLAN-Moduls, das bzgl. der Zahl der Antennen konfigurierbar
und mit dem WLAN Standard IEEE 802.11a kompatibel
ist. Dies wird durch die Verlagerung der MIMO-
Signalverarbeitung in das Analog-Front-End erreicht,
wodurch sich die Zahl der erforderlichen digitalen Sende-
und Empfangseinheiten auf je eine reduziert.
Die Hauptaufgabe des Projektes besteht darin, die Steuerfunktionen
des Basisband- und des HF-Teils unter Berücksichtigung
der Nichtidealitäten des Front-Ends zu
kombinieren und die erforderlichen Anpassungen im
Medienzugriffsprotokoll (MAC) vorzunehmen.
Die MIMAX-Architektur bedingt folgende Erweiterungen
in der MAC-Schicht:
1. Die optimalen MIMO-Gewichts-Koeffizienten für jede
Verbindung werden durch Senden und Empfangen spezieller
Trainings-Sequenzen ermittelt.
2. Vor jedem Senden bzw. Empfang von Datenpaketen
müssen die jeweils optimalen Gewichtskoeffizienten im
Analog-Front-End eingestellt werden.
3. Vor jedem Datenpaket werden kurze Steuerpakete
gesendet, die dem Empfänger die Identifikation der
Senderstation und damit die Einstellung der jeweiligen
optimalen Gewichtskoeffizienten ermöglichen. Bei Multicast-Paketen
ist das ein einzelnes RTS-Paket, sonst ein
RTS / CTS (request to send / clear to send) Paar.
Die MAC-Architektur besteht aus einem 32-Bit-RISC-
Prozessor und einem MIMAX-spezifischen Hardware-Beschleuniger.
Das Block-Diagramm ist in Abb. 1 dargestellt.
MIMAX –
Advanced rF-MIMo wLAN
the goal of this eC StRep project (Fp7) MIMAX is
to develop an innovative low power and ultra compact
MIMo (multiple-input multiple-output) WlAn
transceiver which is reconfigurable with respect to
the number of antennas and compatible with the
Ieee standard 802.11a. this is achieved by shifting
the spatial signal processing to the RF domain and,
consequently, reducing the number of receiving and
transmitting paths to a single one.
the main objectives of the project are to combine
the baseband and RF-control mechanisms taking into
account all influences of non-ideal RF front-end and
to adapt the medium access control (MAC) layer with
direct relation to the physical layer parameters.
Based on the MIMAX requirements, the following processes
of MAC layer have been modified:
1. Determination of the optimal weight coefficients
for each connection by transmission and reception of
special training frames.
2. Setting the appropriate weight coefficients before
transmitting or receiving a frame.
3. exchanging an RtS/CtS (request to send / clear to
send) short frame sequence before any data frame
transfer. A single RtS frame is sent before each multicast
transmission, while an RtS/CtS pair is generated
before each unicast transmission. this allows the receiver
to identify the transmitting station and to set
the optimal weights.
the MAC processor consists of a 32-bit RISC processor
and a MIMAX specific hardware accelerator. A simplified
architecture of the MAC processor is shown in Fig. 1.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
29

Abb. 1: Die Architektur des MAC-Prozessors.
Fig. 1: the MAC processor architecture.
0 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Abb. 2 zeigt die Architektur des Basisband-Prozessors.
Er besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Basisband-Prozessor
des IHP, der die Signalverarbeitung für
ein konventionelles IEEE 802.11a WLAN mit nur einer
Antenne realisiert, sowie den MIMAX-Erweiterungen,
die das MIMO-Front-End mit seiner neuen Architektur
und dem verbesserten Funktionsumfang bedienen.
Die neue Funktionalität ist in drei Blöcken konzentriert:
Kanalschätzung, Korrektur des Frequenzfehlers
und Beamforming. Diese Module werden nur aktiviert,
wenn der Empfänger anhand des Signalfeldes eine Trainingssequenz
erkennt, die dann in den MIMAX- Blöcken
verarbeitet wird.
Der Basisband-Prozessor unterstützt in seiner aktuellen
Implementierung auf einem FPGA bis zu vier Sende-
bzw. Empfangsantennen. Er kann auch für weniger
Antennen konfiguriert werden, wenn eine solche Konstellation
aus dem MIMAX-Signalfeld erkannt wird. Die
Flexibilität der MIMAX-Architektur würde jedoch ohne
weiteres auch mehr als vier Antennen erlauben.
the architecture of the baseband processor is shown
in Fig. 2. It is composed of two main blocks: the IHp
baseband processor implementing the functionalities
and signal processing chain of the conventional single-input
single-output Ieee 802.11a WlAn, and the
new MIMAX blocks that enhance the transceiver performance
by implementing the new MIMo functionalities
required by the new analog front-end architecture.
the new functionalities are grouped into three main
blocks: channel estimator, frequency offset correction
and beamforming blocks. these MIMAX modules are
active only when a training frame is detected by the
tX/RX control block which transfers the MIMAX signal
field data to the MIMAX control block in order to start
the MIMAX channel estimation and beamforming.
the current baseband design and FpGA implementation
support up to four transmitter/receiver antennas.
this design is reconfigurable by using the information
provided in the signal field of the training frame,
therefore it can also operate with a smaller number of
antennas. the flexibility of the MIMAX architecture
would, however, allow for the support of more than
four antennas.

A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Das MIMAX-Konzept wurde zwar für ein herkömmliches
WLAN nach dem IEEE 802.11a-Standard entwickelt, ist
aber nicht darauf beschränkt. Neue Perspektiven eröffnen
sich insbesondere für die Car-To-Car-Kommunikation
(Standard IEEE 802.11p).
Abb. 2: Block-Diagramm des MIMAX Basisband-Prozessors.
Fig. 2: Block diagram of the MIMAX baseband processor.
the MIMAX concept was developed for but is not limited
to the Ieee standard 802.11a. Future development
is planned in the field of car-to-car communications
(Ieee standard 802.11p).
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9

GALS-Interface für die Integration komplexer
digitaler Systeme (GALAXY)
2 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Dieses Projekt nutzt einen technologischen Ansatz, bei
dem die EU dank früherer europaweiter Förderung derzeit
weltweit führend ist. Wir stellen hier ein integriertes
GALS (Global Asynchron, Lokal Synchron)-Design-Flow
vor, das zusammen mit neuen Network-on-Chip-Funktionen
das Design von eingebetteten Systemen für einen
signifikanten Teil von Aufgaben wesentlich vereinfacht.
Unser Ziel ist es, bestehende Hindernisse für die Einführung
der GALS-Technologie durch ein Interface zwischen
den bestehenden frei verfügbaren und kommerziellen
CAD-Tools, das die Entwicklung von heterogenen Systemen
auf den verschiedenen Abstraktionsebenen unterstützt,
zu beseitigen. In dem Projekt wird die Fähigkeit
des GALS-Ansatzes zur Lösung von Problemen der System-Integration
untersucht. Durch die Implementierung
eines komplexen drahtlosen Kommunikationssystems
in einem hoch entwickelten 40-nm-CMOS-Prozess
werden sowohl die geringe elektromagnetische Interferenz
als auch die inhärenten Low-Power-Eigenschaften
sowie die Robustheit gegenüber Prozessvariationen bei
Geometrien im Nanobereich untersucht.
Im Rahmen dieses Projekts konzentrierte sich das IHP
auf die Untersuchung der Reduzierung der elektromagnetischen
Interferenz durch den GALS-Ansatz. In diesem
Zusammenhang wurde zunächst ein CAD-Werkzeug
erarbeitet, mit dessen Hilfe die elektromagnetische Interferenz
für GALS-Systeme und für synchrone Systeme
im Zeit- und Frequenzbereich auf einem sehr abstrakten
Niveau modelliert werden kann. Eine Momentaufnahme
bei der Anwendung dieses Tools ist in Abb. 3
zu sehen.
GALS Interface for Complex digital System
Integration (GALAXy)
this project builds on a technological approach in
which the eu currently has world leadership, thanks
to previous pan-european funding. Here, we present
an integrated GAlS (Globally Asynchronous, locally
Synchronous) design flow, which, together with novel
network-on-Chip capabilities, considerably simplifies
embedded system design for a significant class of
problems. We aim to remove existing barriers to the
adoption of the technology by providing an interoperability
framework between the existing open and
commercial CAD tools that supports development of
heterogeneous systems at the different levels of abstraction.
the project evaluates the ability of the GAlS
approach to solve system integration issues and, by
implementing a complex wireless communication
system on an advanced 40 nm CMoS process, to explore
the low electromagnetic interference (eMI) properties,
inherent low-power features and robustness
to process variability problems in nanoscale geometries.
In the context of this project IHp was focused on exploring
the eMI reduction using the GAlS approach.
In this respect, we have first built a CAD tool able to
model eMI in timing and frequency domain for GAlS
and synchronous systems on a very abstract level. one
snapshot of this tool application is shown in Fig. 3.

A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Abb. 3: CAD-Werkzeug für die Modellierung der elektromagnetischen Interferenz in digitalen Systemen.
Fig. 3: CAD tool for modeling eMI in digital systems.
Basierend auf dem Taktverhalten war es möglich, mit
diesem Tool das aktuelle Profil jedes modellierten Systems
sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich zu
analysieren. Die Ergebnisse wurden verglichen mit den
entsprechenden synchronen Lösungen einschließlich
Lösungen mit geringer elektromagnetischer Interferenz.
Es wurde festgestellt, dass im Vergleich zu synchronen
Designs eine Verringerung von bis zu 25 dB bei
Anwendung des GALS-Verfahrens mit geringer elektromagnetischer
Interferenz erreicht werden kann.
Based on the clock behavior and using our tool, we
were able to analyze the current profile of each modeled
system, both in frequency and in time domain.
the results were compared with the synchronous
counterparts including low-eMI solutions. As a result,
a reduction of up to 25 dB can be achieved when applying
a low-eMI GAlS methodology in comparison to
the synchronous designs.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9

A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Schließlich wurden die Konzepte praktisch an realen,
in der 0,13-µm-CMOS-Technologie des IHP gefertigten
schnellen Fouriertransformations (FFT)-Prozessoren
mit geringer elektromagnetischer Interferenz überprüft,
die sowohl im synchronen als auch dem GALS-Modus betrieben
werden können. Der in Abb. 4 dargestellte FFT-
Prozessor enthält auch die bei der IEEE ICCD-Konferenz
2009 ausgezeichneten Architekturen mit pausibler Taktung.
Die ebenfalls in Abb. 4 dargestellten Messungen
haben für diese relativ einfache Struktur gezeigt, das
für FFT im GALS-Modus um etwa 13 dB bessere Werte
für die elektromagnetische Interferenz erreicht werden
können als im besten synchronen Fall. Dieses Ergebnis
entspricht auch sehr gut der modellierten Verbesserung
der elektromagnetischen Interferenz, die mit unserem
Tool für diese Architektur extrahiert wurde.
Abb. 4: Low-EMI GALS FFT Prozessor.
Fig. 4: low-eMI GAlS FFt processor.
Finally, in order to prove our concepts in reality, we
fabricated low-eMI Fast Fourier transform (FFt) processors
using IHp‘s 0.13 um CMoS process, which were
able to run both in the synchronous and GAlS mode.
this FFt processor, shown in Fig. 4, also includes the
award winning pausible clocking architectures from
the Ieee ICCD conference in 2009. the measurements,
also illustrated in Fig. 4, have shown, for this relatively
simple structure, that FFt in GAlS mode achieves
approximately 13 dB better eMI characteristics than
in the best synchronous case. this result also corresponds
very well to the modeled eMI gain, extracted
from our tool, for this architecture.

A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Systematische Testverfahren für asynchrone
Schaltungen
Das Ziel des Projektes ist die Erforschung neuer effizienter
Verfahren, die die Testbarkeit asynchroner Schaltungen
erhöhen und somit deren Einsatz in kommerziellen
Designs erlauben.
Mit der steigenden Integration heutiger digitaler und
Mischsignal-Schaltungen treten vermehrt Probleme
wie erhöhte elektromagnetische Interferenzen (EMI)
bei der Verwendung eines globalen Taktsignals auf.
Die Lösung dieser Probleme scheinen hier asynchrone
Schaltungen zu liefern, da diese den Einsatz eines globalen
Taktsignals und somit dessen negative Einflüsse
vermeiden. Innerhalb dieser Schaltungen werden die
Speicherelemente mittels sogenannter asynchroner
Handshake-Protokolle synchronisiert. Allerdings wird
diese Schaltungsdesignmethodik aufgrund fehlender
Designtools und der Tatsache, dass gängige Testverfahren
auf synchrone Schaltungen ausgerichtet sind,
nur selten in kommerziellen Designs angewendet. Die
Schwierigkeit beim Testen asynchroner Schaltungen
liegt in deren potentiell nicht-deterministischen Zeitverhalten
und damit verbunden in der Synchronisation
mit dem Hardwaretester. Darüberhinaus müssen spezielle
Eigenschaften der Schaltung, wie die Funktionalität
des Protokolls, verifiziert werden.
Aus diesen Gründen soll das Projekt neue, effiziente
Ansätze und Verfahrensweisen für den Test asynchroner
Schaltungen liefern. Bislang konnte ein optimiertes
Verfahren zur On-line Überwachung von asynchronen
Handshake-Protokollen entwickelt werden. Kern des
Verfahrens ist eine Prüfschaltung (AHPC), welche die
zur Kommunikation verwendeten Steuersignale zwischen
asynchron kommunizierenden Schaltungsblöcken
während des laufenden Betriebs (on-line) überwacht
und ein Indikatorsignal im Falle eines Fehlers setzt
(s. f1 und f2 in Abb. 5). Eine solche Realisierung erleichtert
den systematischen Test der Gesamtschaltung
und soll in künftigen asynchronen ICs zur Erhöhung der
Testbarkeit, der Testabdeckung und der Diagnosefähigkeit
beitragen. Der Vorteil des entwickelten Verfahrens
gegenüber bekannten Verfahren ist der drastisch reduzierte
Flächenaufwand, der den Einsatz einer solchen
Systematic test Methods for
Asynchronous Circuits
The goal of this project is the development of efficient
methods that enhance the testability of asynchronous
circuits. This will enable the asynchronous circuit design
methodology to be applied in commercial designs.
With the increasing integration of current digital and
mixed-signal circuits many problems related to a global
clock, e.g. increased electro-magnetic interference
(EMI), are encountered. Asynchronous circuits seem to
be a solution for these problems, since they avoid the
usage of a global clock signal and, therefore, its disruptive
effects. In comparison to synchronous circuits
the memory elements are synchronized via a so-called
asynchronous handshake protocol. However, there
are two aspects that currently inhibit the usage of the
asynchronous circuit design methodology in commercial
designs. First of all, there are only few tools available
that support this design technique. Secondly, almost
all standard test techniques are targeted towards
synchronous circuits, only. The problem of testing
asynchronous circuits lies in their potentially non-deterministic
timing behaviour and, consequently, in the
synchronization with the hardware tester. Additionally,
the special properties, e.g., the functionality of the
asynchronous protocol, have to be verified.
For this reason the project shall provide new, efficient
test approaches and techniques for asynchronous circuits.
Up to now, an optimized on-line checking method
for asynchronous handshake protocols has been
developed. The core of this method is a checking circuitry
(AHPC) that observes the control signals of two
asynchronously communicating modules during normal
operation mode (on-line) of the circuit. In case of
an error the circuit raises an indicator signal (see f1
and f2 in Fig. 5). This enables a systematic test of the
circuit, since failures due to erroneous data transmissions
can be easily detected. Thus, the checking scheme
shall be integrated in future asynchronous ICs in order
to increase the testability, test coverage, and diagnosis
capabilities of the circuit. The major advantage of
the provided technique is the drastically reduced area
requirement that now enables this technique to be ap-
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9

6 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Prüfschaltung in gegenwärtigen Systemen überhaupt
erst ermöglicht. Je nach Ausprägung benötigt das entwickelte
Verfahren nur 31-49 % der Fläche einer vergleichbaren
Lösung. Ein Patent für dieses Verfahren
wurde angemeldet.
Abb. 5: Schema des On-line Prüfverfahrens.
Fig. 5: Scheme of the on-line check technique.
Ein weiterer Ansatz zum systematischen Test von asynchronen
ICs wird mit der Entwicklung eines Testprozessors
verfolgt. Ziel dieser Entwicklung ist, wie in Abb. 6
gezeigt, die Kommunikation zwischen externer, synchron
arbeitender Testerhardware und dem asynchronen
IC über eine einheitliche synchrone Schnittstelle für den
Funktionaltest zu ermöglichen. Das Konzept sieht vor,
den Testprozessor zum einen als Schnittstelle zwischen
der Testerhardware und dem asynchronen IC einzusetzen
und darüberhinaus den eigentlichen Funktionaltest von
dem Prozessor ausführen zu lassen. Die Integration des
Testprozessors in den Design-for-Testibility-Flow kann auf
drei unterschiedlichen Wegen erfolgen. Die erste Möglichkeit
besteht darin, den Testprozessor auf dem DUT-Board
des Hardwaretesters bspw. mittels eines FPGA-Boards zu
realisieren. Dies spart Chipfläche und ermöglicht einen
einheitlichen Zugriff auf verschiedene asynchrone Designs
mittels derselben Hardware. Eine weitere Möglichkeit
liegt darin, den Prozessor direkt im Chip zu integrieren,
wodurch ein direkter Zugriff auf interne Signale besteht.
Die letzte Möglichkeit ist ein kombinierter Ansatz. Hierbei
werden einzelne Komponenten des Prozessors teils
auf dem DUT-Board und teils auf dem asynchronen IC
selbst implementiert.
plied in asynchronous circuits. Depending on the implementation
the required area is only 31-49% of that of
an existing competitive solution. The scheme was filed
for a European patent application.
In a further approach to improve systematic testing of
asynchronous designs a special test processor is being
developed. As shown in Fig. 6, this approach aims to enable
the communication between synchronously working
tester hardware and asynchronous ICs via a unified
synchronous interface. The test processor provides this
interface and on top of that can even perform major
functional test activities. The integration of the test
processor into the design-for-testability-flow can be
realized in three ways. The first possibility is to integrate
an FPGA board on the DUT-board of the tester hardware.
Since the test processor is realized by the FPGA
providing a unified interface, silicon area can be saved
and the board can be used for various asynchronous
ICs. Another technique is to integrate the test processor
directly within the asynchronous device. The advantage
of this method is the direct access to internal signals.
The last possibility is a combination of both the external
and the internal processor approach. In this case,
the modules of the processor will be distributed to both
the FPGA on the DUT-board and the asynchronous device.
E.g. the processing units will be placed within the
FPGA, whereas the synchronous interface will be provided
by the DUT itself.

A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Die Modellierung des Testprozessors erfolgte über die
High-Level-Design-Sprache LISA. Mit Hilfe dieser generischen
Designmethodik konnte eine parameterisierbare
Implementierung des Testprozessors erreicht werden.
Dies ermöglicht die Wiederverwendung der Testprozessorbeschreibung
für unterschiedliche asynchrone ICs,
die verschiedene Protokolltypen verwenden. Auch ließ
sich über dieselbe Beschreibung unter Anpassung der
erforderlichen Parameter ein Testprozessor generieren,
der gänzlich auf die Unterstützung von asynchronen
Protokollen verzichtet und folglich in synchronen Designs
zu Test und Diagnosezwecken verwendet werden
kann.
Abb. 6: Allgemeines Testprozessor-Konzept für asynchrone Schaltungen.
Fig. 6: General test processor concept for asynchronous circuits.
The current version of the processor was modelled using
the high-level-design-language LISA that allows the
modelling of a programmable processing unit using a
C-similar language. Using this generic design methodology
a configurable test processor implementation was
realized that can be adapted to various asynchronous
ICs that use different protocol types. Using this description
it is also possible to generate a test processor
without any asynchronous protocol support. This could
be used for test and diagnose purposes of synchronous
devices that may behave non-deterministic regarding
their timing.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
7

TANDEM
IR-UWB Kommunikation für drahtlose
Sensoren
8 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Impuls-Radio-Ultra-Breitband-Technologie (IR-UWB)
gewinnt wegen der enormen Bandbreite und wegen des
geringen Energieverbrauchs zunehmend an Interesse
für drahtlose Kommunikationssysteme, sowohl für die
Forschung als auch für die Industrie. Außerdem ist damit
auch eine genaue Lokalisierung im Bereich von cm
möglich. Die Hauptanwendungsbereiche sind drahtlose
Sensoren, wo der Energieverbrauch extrem gering sein
muss. Im Projekt TANDEM soll ein hoch energieeffizientes
IR-UWB-Kommunikationssystem entwickelt und
implementiert werden, das kompatibel zum Standard
IEEE 802.15.4a ist. Die Blockdiagramme für dieses
System sind in Abb. 7 dargestellt.
Es wird ein Transceiver mit einem nicht-kohärenten
Empfänger in der Technologie SGB25V des IHP entwickelt.
Das IR-UWB-Radio besteht aus zwei Teilen: aus
dem Hochfrequenz-Teil und dem digitalen Basisband.
Im Basisband werden die folgenden Signalverarbeitungsalgorithmen
implementiert: Kanalkodierung &
Dekodierung, Pulse Position Modulation & Demodulation
und Binary Phase Shift Keying Modulation &
Demodulation. Datenpakete beinhalten sogenannte
Preamblesymbole um den Empfänger aufzusynchronisieren
und den Verstärker zu regeln. Es wird eine Lösung
für die Mandatory im High Band 7,9872 GHz entwickelt,
welches für die Datenrate von 850 kbit /s spezifiziert
ist. Innerhalb eines Symbols mit einer Dauer von 1024
ns werden 2 Bits übertragen, eines davon wird als Position
von einem Burst aus 16 Chips von jeweils 2 ns Dauer
dargestellt und der andere wird durch die Polarität
repräsentiert. Deswegen muss der Empfänger erst die
Position von dem Burst und danach die Polarität detektieren,
um 2 Bits aus einem Symbol zu gewinnen. 2 ns
Gaußsche Impulse werden dann auf 7,9872 GHz hoch
gemischt.
Reed Solomon und Faltungskodierungsschema werden
im Basisband verwendet um Bitfehler am Empfänger
zu minimieren. Die Preamble besteht aus einer Ternärsequenz
(-1.0,1) mit der Länge 31, worin zwischen
den Elementen 15 Nullstellen eingefügt werden. Die
tANdeM
Ir-uwB Communication for wireless
Sensors
Impulse radio ultra wideband (IR-uWB) wireless
communication systems have been gaining increasing
interests in both research and industry especially
due to its enormous bandwidth and lower power
consuming capabilities. Furthermore, a very accurate
localisation in the cm range is possible with IR-uWB.
the main application areas are wireless sensors where
extremely energy efficient solutions are needed. With
the tAnDeM project we aim to develop and implement
a low power IR-uWB wireless communication system
which is compatible to the standard Ieee 802.15.4a.
the block diagram of the complete system is shown
in Fig. 7.
For simplicity reasons, a transceiver that contains a
non-coherent receiver known as energy detector is
developed with the technology SGB25V. the IR-uWB
radio consist of two different parts mainly radio frequency
front end and digital baseband. At the digital
baseband, channel coding decoding, pulse position
modulation (ppM), demodulation and binary phase
shift keying (BpSK) modulation and demodulation are
performed. the data packet contains some preamble
symbols for synchronisation and gain setting purposes.
Mandatory recommendation in high band is
developed which suggests data rate to be 850 kbps.
Within a symbol with the duration of 1024 ns, 2 bits
are transmitted one is contained in the position of a
burst consisting of 16 chips each with 2 ns duration
and the other one is in the polarity. Hence, the receiver
should detect first the position of a burst within
a symbol if it is placed in the first or in the second
half and second the polarity of the burst. 2 ns Gaussian
pulses are then up-converted to the frequency
7.9872 GHz.
Reed Solomon and convolution encoding schemes are
used to improve the link performance by correcting
the bit errors occurring at the receiver. As a preamble
a ternary code (-1, 0,1) with the length of 31 is adopted
and 15 zeros are inserted between the elements

A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Abb. 7: IEEE 802.15.4a IR-UWB drahtloses Kommunikationssystem. Fig. 7: Ieee 802.15.4a IR-uWB wireless communication system.
Preamble wird 16, 64, 1024 oder 4096 mal wiederholt.
Der Empfänger kann kohärent und nicht-kohärent implementiert
werden. Schwerpunkt ist dabei der nicht
kohärente Empfänger, in dem die Empfangsenergie
über ein Zeitintervall eingesammelt und keine Phasenrückgewinnung
vom Träger benötigt wird.
Die meisten Basisbandfunktionen wie z. B Kanalkodierung
& Dekodierung, Modulation & Demodulation,
Burstgenerierung, Korrelationen und Synchronisation
sind mit einer Taktrate von 31,25 MHz realisiert um die
Stromaufnahme zu reduzieren. Nur eine kleine Schaltung
wird mit der 500-MHz-Rate betrieben um die digitalen
Signale auf das RF-Frontend zu liefern.
Neben einer Siliziumchipentwicklung für den Standard
IEEE.802.15.4a wird eine Diskretkomponentenlösung
entwickelt. Das vollständige Basisband mit dem Sender
und Empfänger ist bereits als FPGA Lösung mit dem
Virtex-5 LXT/SXT PCI Express Board bereit. Ein erster
RF-Chip ist vorhanden, der in vielen Hinsichten die Anforderungen
erfüllt.
Das Endziel ist dabei die Erarbeitung einer Einchiplösung,
bei der alle in Abb. 7 veranschaulichten Komponenten auf
einem Chip integriert werden. Um dieses Ziel zu erreichen,
wird im Empfänger eine Integratorschaltung verwendet,
worin die Empfangsenergie über ein Intervall von 16 ns
eingesammelt wird. Dieses ermöglicht es, einen langsamen
A /D-Wandler einzusetzen, um ein 250 MHz breites Empfangssignal
mit 62,4 MHz abzutasten.
Für die Synchronisation werden zwei Korrelatoren verwendet,
wobei einer um einen Abtast-Wert gegenüber
dem anderen verzögert ist. Dieses System erzielt eine
Synchronisationsgenauigkeit von 16 ns und kann die
benötigte Bitfehlerwahrscheinlichkeit für ein geringes
Signal-Rausch-Verhältnis erreichen.
of it and finally it is repeated 16, 64, 1024 or 4096
times. the receiver can be implemented in two different
ways coherently or non-coherently. Focal point
on a simpler non-coherent receiver where the receive
energy is collected over a certain time interval and no
phase recovery of the carrier is necessary.
Most of the baseband signal processing algorithms
such as channel coding, decoding, modulation, demodulation,
burst generation, correlation and synchronisation
are realised with the clock rate of 31.25 MHz
for reducing power consumption. only a small part is
operating at 500 MHz clock to deliver the digital signal
to the radio frequency (RF) front end at that rate.
Beside making a chip design, an off-shelf component solution
is developed. the complete baseband containing
transmitter and receiver is implemented with Virtex-5 lXt /
SXt pCI express Board and a first RF chip is already developed
showing full functionality in a number of respects.
the final goal is to develop a one chip solution where all
components shown in Fig. 7 are integrated with competitive
low power consumption. to achieve this, the receiver
uses an integrating circuitry in which the receive signal
is accumulated within 16 ns and as a consequence the
following analogue to digital converter samples the 250
MHz bandwidth signal at the rate of 62.4 MHz.
the synchronisation is performed with two correlators
with one being delayed by one sample compared to
the other one. this scheme offers a synchronisation
accuracy of 16 ns and can achieve the required bit error
rate performance for lower signal to noise ratio.
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9

122 GHz Empfänger in SiGe
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A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Ziel des Projektes ist es, für Sensoranwendungen bei
122 GHz einen integrierten Empfänger und Sender in der
fortgeschrittenen IHP-SiGe-Technologie zu entwickeln.
Kostengünstige SiGe-Empfänger und -Sender für den
122 GHz Frequenzbereich werden sowohl für Sensor-Anwendungen
und bildgebende Verfahren als auch für die
Datenübertragung eine breite Anwendung finden. Ein
ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band) bei
122,5 GHz mit einer Bandbreite von 1 GHz ist in Europa
und den USA verfügbar, welches hauptsächlich für
industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen
genutzt werden kann, die kostengünstige
Radarsysteme für Konsumenten, Sicherheitslösungen,
und Bio-Sensoren für die medizinische Diagnostik beinhalten.
Der erste Meilenstein des Projektes bestand darin, einen
122 GHz-Empfänger zu entwickeln, für den eine Architektur
mit einem subharmonischem Mischer verwendet
wurde. Das Design eines integrierten SiGe-Empfängers
für diesen Frequenzbereich ist sehr anspruchsvoll, da
eine genaue Modellierung der aktiven und passiven
Komponenten benötigt wird, und eine moderne Topologie
berücksichtigt werden muss. Die Anwendung eines
subharmonischen Mischers ergibt hierbei Vorteile hinsichtlich
der Leistungsfähigkeit des Empfängers.
Das Blockschaltbild des subharmonischen Empfängers
ist in Abb. 8 dargestellt. Der Empfänger besteht aus folgenden
Komponenten: 120 GHz rauscharmer Verstärker
(LNA), subharmonischer Mischer (SHM), 60 GHz Push-
Push spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) für die
Erzeugung des internen LO-Signals, 60 GHz LO Verstärker
zum Treiben des Polyphasen-Filters (PPF), und ein
1/32 Frequenzteiler für das Ausgangssignal des VCO
mit 30 GHz Fundamentalfrequenz. Das Polyphase-Filter
generiert ein differentielles I/Q LO Signal für den
SHM. Der Ausgang des LNA ist an den SHM mittels eines
Transformer-Baluns angepasst, und der VCO-Ausgang
ist an den 60 GHz-LO-Verstärker über einen Transformer
gekoppelt. LNA, SHM und VCO wurden sowohl als einzelne
Komponenten entworfen und getestet als auch
integriert im Empfänger-Chip.
122 GHz receiver in SiGe
the goal of the project is to develop an integrated
receiver and transmitter in advanced IHp SiGe technology
for sensor applications at 122 GHz.
low-cost SiGe receivers and transmitters in the 122
GHz range will be utilized for sensor and imaging
applications, as well as for communication. An ISM
frequency band at 122.5 GHz with 1 GHz bandwidth is
available in europe and the uS, which will be mainly
used for industrial, scientific, and medical applications,
including low-cost radar systems for consumer
applications, imaging radar for security applications
and bio-medical sensors for medical diagnostics.
the first milestone of the project was to develop the
122 GHz receiver using an architecture based on subharmonic
mixing. Integrated SiGe receiver design is
challenging at these frequencies as accurate modeling
of active and passive components is required, and
advanced receiver architecture must be considered.
An architecture based on sub-harmonic mixing offers
advantages in terms of system performance.
the topology of the sub-harmonic receiver is shown
in Fig. 8. this receiver consists of a 120 GHz low-noise
amplifier (lnA), a sub-harmonic mixer (SHM), a 60
GHz push-push voltage controlled oscillator (VCo) for
the generation of the internal lo signal, a 60 GHz lo
buffer to drive the polyphase filter (ppF) and a 1/32
frequency divider (FD) for the 30 GHz fundamental
frequency output of the VCo. the polyphase filter
generates the differential I/Q lo signal for the SHM.
the output of the lnA is matched to the SHM by a
transformer-balun and the VCo output is coupled to
the 60 GHz lo buffer by a transformer. the lnA, SHM
and VCo were designed and tested both as separate
components with their on-chip baluns as well as in
their fully integrated configuration as receiver.

Abb. 8: Blockschaltbild des subharmonischen Empfängers.
Fig. 8: topology of the sub-harmonic receiver.
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Der Empfänger wurde in der IHP-SiGe:C BiCMOS-Technologie
mit f T / f max von 255 GHz /315 GHz produziert.
Abb. 9 zeigt das Chip-Foto des hergestellten Receiver-
Chips. Die Fläche ohne äußere Pads beträgt 900 µm x
620 µm. Für den LNA wurde eine Verstärkung von 14 dB
bei Frequenzen um 120 GHz gemessen, und eine Noise-
Figure von 10 dB. Die Konversionsverstärkung des subharmonischen
Mischers beträgt entsprechend Messung
5 dB bei 122 GHz, mit zusätzlichen 3 dB für den differentiellen
Ausgang. Abb. 10 zeigt die gemessene Konversionsverstärkung
und die Zwischenfrequenz in Abhängigkeit
von der Hochfrequenz für eine HF-Leistung
von -50 dBm am HF-Eingang auf dem Empfänger-Chip.
Die 3-dB Bandbreite reicht von 125 GHz bis 129 GHz.
Die gemessene Noise-Figure beträgt 11 dB bei 127 GHz.
Für den 122 GHz Empfänger lässt sich eine PLL-Funktion
implementieren, indem das Signal des Frequenzteilers
genutzt wird.
Abb. 9: Chip-Photo des Empfängers.
Fig. 9: Receiver chip micrograph.
the receiver was fabricated in SiGe:C BiCMoS technology
with f t / f max of 255 GHz / 315 GHz. Fig. 9 shows
the micrograph of the fabricated receiver chip. the
die area without outer pads is 900 µm x 620 µm. the
measured lnA gain is 14 dB in the frequency region
around 120 GHz and the noise figure is about 10 dB.
the measured conversion gain of the sub-harmonic
mixer at 122 GHz is 5 dB with an additional +3 dB due
to the differential output. Fig. 10 presents the singleended
conversion gain and the IF-frequency as function
of the RF-frequency for RF-power with -50 dBm
at the RF input port on wafer. the 3-dB bandwidth
is 125 GHz to 129 GHz. the receiver reaches 25 dB
maximum conversion gain at 127 GHz. the measured
noise figure is 11 dB at 127 GHz. pll function can be
implemented in this design by taking advantage of
the integrated frequency divider.
Reference: K. Schmalz, W. Winkler, and et al.,
“A 122 GHz receiver in SiGe technology,” proc. BCtM
2009, pp. 182-185 (2009).
Abb. 10: Konversionsverstärkung und Zwischenfrequenz des
Empfängers als Funktion der Hochfrequenz.
Fig. 10: Conversion gain and IF-frequency of the receiver
versus RF-frequency.
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Strahlungsfester Frequenzsynthesizer
2 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Ziel des Projektes war es, einen Synthesizer mit geringem
Rauschen für die Satellitenkommunikation zu entwickeln,
der in kleinen Frequenzschritten programmiert
werden kann.
Elektronik für Weltraumkommunikation muss über den
Zeitraum der Satellitenlebensdauer von 15 Jahren funktionieren.
Dies beinhaltet ein strahlungsfestes Design
und flexible Programmierbarkeit, um neuen Standards
während der Lebensdauer gerecht zu werden. Deshalb
muss der Synthesizer einen weiten Abstimmbereich
von 4 GHz in sehr kleinen Frequenzschritten abdecken.
Gleichzeitig muss das Phasenrauschen sehr gering sein,
um ein ausreichend hohes Signal-Rausch-Verhältnis in
dem Satellitenkommunikationssystem zu erzielen.
Zu diesem Zweck wurde in dem Projekt eine Ein-Chip-
Lösung für den fractional-N Phasenregelkreis (PLL)
in einer preiswerten SiGe-BiCMOS-Technologie entwickelt.
Er enthält zwei integrierte spannungsgesteuerte
Oszillatoren (VCO), einen Hochgeschwindigkeits-Frequenzteiler
in ECL-Logik, einen digitalen CMOS-Teil zur
Kanalauswahl und einen CMOS-Phasendetektor. Alle
Teilschaltungen wurden in einem Chip integriert, der in
Abb. 11 gezeigt ist.
Abb. 11: Chip-Photo des Frequenzsynthesizers.
Fig. 11: Chip photograph of frequency synthesizer.
radiation-Hard Frequency Synthesizer
the goal was to develop a 8 - 12 GHz low-noise synthesizer
for satellite communication, which can be
programmed in small frequency steps.
telecommunication electronics for space must function
over a satellite‘s lifetime period of 15 years. this
entails a radiation-hard design and flexible programmability
in order to meet new upcoming standards
during the lifetime. therefore, the synthesizer must
cover a wide tuning range of 4 GHz in very small frequency
steps. At the same time, phase noise must be
very low to obtain a sufficiently high signal-to-noise
ratio in the satellite communication system.
For this purpose, the project team developed a singlechip
fractional-n phase-locked loop (pll) in a lowcost
SiGe BiCMoS technology. It contains an array of
two integrated voltage-controlled oscillators (VCo), a
high-speed frequency divider in eCl logic, a digital
CMoS part for channel selection and a CMoS phase
detector. All sub-circuits were integrated in one chip
shown in Fig. 11.

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Der Kern des Chips ist ein VCO mit vier digitalen und zwei
analogen Steuereingängen, der in Abb. 12 dargestellt
ist. Über die vier digitalen Steuereingänge wird der
gesamte Abstimmbereich von 4 GHz in 16 stark überlappende
Frequenzbänder unterteilt, von denen jedes
breiter als 1 GHz ist. Infolgedessen ist der Synthesizer
robust bezüglich Temperaturänderungen und Alterung.
Das geringe Phasenrauschen wurde durch die Verwendung
zweier paralleler Regelkreise zur Fein- und Grobabstimmung
des VCO erreicht. Um Strahlungsfestigkeit
zu erzielen, wurden SiGe-HBTs für kritische Blöcke wie
VCO und Frequenzteiler benutzt. Des Weiteren wurden
die CMOS-Register dreifach ausgeführt, und es wird nach
jeder Taktperiode eine Mehrheitsentscheidung an deren
Ausgängen getroffen (Dreifach-Modus-Redundanz).
Abb. 13 zeigt ein typisches Phasenrauschspektrum im
fractional-N Modus für drei verschiedene Ausgangsfrequenzen
innerhalb eines Frequenzbandes. Infolge
unserer neuartigen PLL-Architektur ist das Spektrum
relativ unabhängig von der Ausgangsfrequenz. Design-
Details und Messergebnisse wurden zusammengefasst
in einer gemeinsamen Publikation von IHP, IMST, Kayser-Threde
und Humboldt-Universität Berlin in Analog
Integrated Circuits and Signal Processing, Springer-Verlag
(im Druck).
Abb. 12: Schematische Darstellung des spannungsgesteuerten
Oszillators.
Fig. 12: Schematic view of voltage-controlled oscillator.
the core of the chip is a VCo array with four digital
and two analog control inputs shown in Fig. 12. By
using the four digital inputs, the total tuning range
of 4 GHz is sub-divided into 16 strongly overlapping
bands, each having more than 1 GHz bandwidth. As a
result, the synthesizer is robust with respect to temperature
variations and aging. the low phase noise
is achieved by using two parallel loops for fine and
coarse tuning of the VCo. In order to achieve radiation
hardness, SiGe bipolar HBts were used for critical
blocks such as VCo and frequency dividers. Moreover,
the CMoS registers were tripled and a majority decision
is performed at their outputs after every clock
period (triple mode redundancy).
Fig. 13 shows a typical phase noise spectrum in fractional-n
mode at three different output frequencies
within one frequency band. Due to our novel pll
architecture, the spectrum is relatively independent
of the output frequency. Design details and measurement
results have been summarized in a joint publication
of IHp, IMSt, Kayser-threde and Humboldt
university Berlin in Analog Integrated Circuits and
Signal processing, Springer (in press).
Abb. 13: Gemessene Phasenrauschspektren innerhalb eines
Frequenzbandes.
Fig.13: Measured phase noise spectra within one frequency
band.
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4 Bit, 16 GS /s Analog-Digital-Umsetzer
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Ziel des Projektes war es, einen Analog-Digital-Umsetzer
(ADU) mit niedriger Auflösung und hoher Geschwindigkeit
für M-Sequenz Radar zu entwickeln, der
eine effektive Bandbreite von mehr als 5 GHz hat.
Ultra-Breitband (UWB)-Radar ist von großem Interesse
für Anwendungen wie Surface-Penetrating-Radar,
Radarsysteme für Überwachung und Notfälle, medizinische
Instrumente, zerstörungsfreie Werkstoffprüfung
und viele andere. Eine spezielle Variante von UWB-Radar,
die M-Sequenzen verwendet, hat eine einfache Architektur
(Abb. 14) und einen großen Frequenzbereich.
Die Arbeit des Projektes war auf das Entwickeln des
ADU fokussiert, der sowohl für solche Systeme als auch
für andere Systeme mit niedriger Eingangkapazität und
großer Bandbreite geeignet ist.
Der 4 Bit, 16 GSps Flash-ADU wurde in SiGe-BiCMOS-
Technologie entwickelt. Die Hauptaktivitäten waren auf
die Optimierung des analogen Teils des ADU fokussiert
um eine hohe effektive Bandbreite zu erreichen. Es gibt
dabei mit dem Referenz-Netzwerk und dem Komparator
zwei kritische Stellen im ADU. Die Hauptarbeit des Projekts
war es, diese Blöcke zu verbessern.
Abb. 14: M-Sequenz-UWB-Radar-Architektur.
Fig. 14: M-sequence uWB radar architecture.
4 Bit, 16 GS/s Analog-to-digital Converter
the goal of the project was to develop a low-resolution
high-speed Analog-to-Digital Converter (ADC)
with an effective resolution bandwidth of more than
5 GHz for M-Sequence uWB Radar.
ultra wideband (uWB) radar is of great interest for
applications such as surface penetrating radar, surveillance
and emergency radar, medical instrumentation,
non-destructive testing and many others.
A special variant of uWB radar using M-sequences
provides both simple architecture (Fig. 14) and wide
frequency range. the work of this project was focused
on developing an ADC particularly suited for such
systems, but also useful for other applications where
low input capacitance and high input bandwidth are
important.
the 4 bit, 16 GSps flash ADC was developed in SiGe BiC-
MoS technology. the main activities were focused on
optimization of the analog part of the ADC to achieve
a high effective resolution bandwidth (eRBW). there
were two critical points: the reference network and
the comparator, and most work concentrated on the
improvement of these blocks.
Abb. 15: Konventionelles (links) und neues Referenz-Netzwerk.
Fig. 15: Conventional (left) and proposed reference network.

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Es wurde ein neues Konzept für ein Referenz-Netzwerk,
welches bisher aus der Literatur nicht bekannt war,
entwickelt, um bestimmte technologische Beschränkungen
des konventionellen Netzwerks zu umgehen.
Die Idee ist in Abb. 15 dargestellt und besteht darin,
ein Parallel-Netzwerk statt eines üblichen seriellen zu
verwenden. Das vorgeschlagene Netzwerk hat eine um
den Faktor zwei größere Bandbreite und die zusätzliche
Möglichkeit zur elektrischen Kalibrierung, die beim
konventionellen Netzwerk nicht möglich ist.
Der zweite anspruchsvolle Block ist der Komparator. Er
wurde in die Richtungen Geschwindigkeit (Bandbreite)
und Empfindlichkeit optimiert. Ein Begrenzerverstärker,
basierend auf einer Cherry-Hooper-Architektur,
wurde dem Komparator vorgeschaltet, um seine korrekte
Funktion auch unter Übersteuerung zu sichern.
Die simulierte Empfindlichkeit des Komparators ist weniger
als ½ LSB bei 5 GHz Frequenz.
Der ADU mit dem vorgeschlagenen Referenz-Netzwerk
wurde gefertigt und gemessen. Das Chipfoto ist in
Abb. 16 dargestellt. Die Messungen zeigen, dass die
statischen Fehler INL und DNL kleiner als ½ LSB sind.
Die Dynamikleistung wurde über einen Frequenzbereich
von 6 GHz gemessen. Abb. 17 zeigt den Signal-zu-
Rausch-und-Verzerrungs-Abstand (SINAD) für diesen
Frequenzbereich. Die Dämpfung bei Hochfrequenz ist
geringer als 3 dB. Damit ist die effektive Bandbreite
≥ 6 GHz und genügt unseren Anforderungen. Die Design-Details
und die Messergebnisse wurden veröffentlicht
auf der IEEE COMCAS Tagung 2009. Das neue Referenz-Netzwerk
wurde zum Patent angemeldet.
Abb. 16: Chip-Photo.
Fig. 16: Chip micrograph.
A new concept for the reference network, previously
unknown in the literature, was developed to overcome
certain technological limits of the conventional one.
the idea, depicted in Fig. 15, is to use a parallel reference
network instead of a serial one. the proposed
reference network has a two times higher bandwidth
and an additional option of electronic calibration
which is not available for the conventional one.
the second challenging block is the comparator. It
was optimized regarding speed (bandwidth) and sensitivity.
A limiting amplifier based on Cherry-Hooper
architecture was placed in the front of the comparator
to assure proper function of the comparator even
under overdrive conditions. the simulated sensitivity
of the whole comparator is less than ½ lSB at frequency
5 GHz.
the ADC with the proposed reference network was
fabricated and characterized. the chip micrograph
is shown in Fig. 16. Measurement showed that static
errors Inl and Dnl are less than ½ lSB. Dynamic performance
was measured over a frequency range of up
to 6 GHz. Fig. 17 shows the Signal to noise and Distortion
Ratio (SInAD) for this frequency range. Decay
of the SInAD value at high frequency is in the range
of 3 dB which means that the ADC has an effective
resolution bandwidth ≥ 6 GHz, fulfilling and even exceeding
the goal of this project.
Design details and all measurement results were published
at the Ieee CoMCAS conference. the proposed
reference network has been filed for a patent.
Abb. 17: Signal-zu-Rausch-und-Verzerrungs-Abstand über einen
Frequenzbereich von 6 GHz.
Fig. 17: Signal to noise and Distortion Ratio of the ADC over
a signal frequency range up to 6 GHz.
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0,13-µm-BiCMOS-Technologie
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A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Ziel des Projektes ist es, eine Halbleitertechnologie für
integrierte Schaltungen mit Anwendungsfrequenzen
oberhalb von 100 GHz zu entwickeln.
Für Kommunikationssysteme mit höchsten Datenraten
und Sicherheitssysteme mit Millimeterwellen werden
Halbleitertechnologien mit höchster Geschwindigkeits-
performanz kombiniert mit einem hohen Grad an funktioneller
Integration benötigt. Durch die 0,13-µm-SiGe-
BiCMOS-Technologie werden die technischen Voraussetzungen
für derartige Chipentwicklungen geschaffen.
Die Technologie wird im Rahmen des Multiprojekt Wafer
(MPW) und Prototyping Services des IHP nationalen
und europäischen Forschungs- und Entwicklungsprojekten
zur Verfügung gestellt.
Die im Rahmen des Projektes entwickelte Technologie
enthält Hochgeschwindigkeits-SiGe-Heterobipolartransistoren
(HBT) mit maximalen Transitfrequenzen f T von
240 GHz, maximalen Oszillationsfrequenzen f max von
330 GHz und Durchbruchspannungen BV CEO von 1,7 V
bereit (Abb. 18).
Abb. 18: Maximale Transitfrequenz f T und maximale Oszillationsfrequenz
f max von HBTs mit Emitterweiten von 0,17 µm
als Funktion des Kollektorstroms.
Fig. 18: peak transit frequency f t and maximum oscillation
frequency f max of HBts with 0.17 µm emitter width
as a function of collector current.
0.13 µm BiCMoS technology
Goal of the project is the development of a technology
platform for integrated circuits with operation
frequencies beyond 100 GHz.
Communication systems for highest data rates and
millimeter wave security systems call for semiconductor
technologies with highest frequency performance
combined with a high level of functional integration.
the 0.13 µm SiGe BiCMoS technology aims to meet
these demands. the technology will be offered via
the IHp Multiproject Wafer (MpW) and prototyping
Service supporting national and euro-pean research
and development projects.
the technology developed within this project provides
high-speed SiGe heterojunction bipo-lar transistors
(HBt) with peak transit frequencies f t of 240
GHz, maximum oscillation frequencies f max of 330
GHz, and breakdown voltages BV Ceo of 1.7 V (Fig. 18).

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Daneben werden HBTs mit erhöhten Durchbruchspannungen,
CMOS-Transistoren für Betriebsspannungen
von 1,2 V und 3,3 V und ein Satz von passiven Komponenten
für integrierte Millimeterwellenschaltungen
bereitgestellt. Das Potential dieser Technologie für
Höchstgeschwindigkeitsschaltungen wurde durch eine
Reihe von Testschaltungen demonstriert. Dazu gehören
Ringoszillatoren mit Gatterverzögerungszeiten von
2,9 ps (Abb. 19), was die bisher kürzeste in einem BiC-
MOS-Prozess realisierte Schaltzeit darstellt. Weiterhin
wurden LC-Oszillatoren mit Fundamentalschwingungen
oberhalb von 200 GHz und ein Transceiver für das
122-GHz-Frequenzband realisiert.
Abb. 20 zeigt gemessene Verstärkungsfaktoren und
Rauschzahlen am Beispiel eines rauscharmen Verstärkers
für das 122-GHz-Band.
Weitere Informationen finden Sie unter: H. Rücker
et al. „A 0.13 µm SiGe BiCMOS Technology Featuring
f T /f max of 240 /330 GHz and Gate Delays below 3 ps“,
Proc. BCTM, 166 (2009).
Abb. 19: Gemessene Gatterverzögerungszeiten von Ringoszillatoren
aller Chips eines 8-Zoll Siliziumwafers. Die mittlere
Verzögerungszeit beträgt 2,9 ps mit einer Standardabweichung
von 0,07 ps.
Fig. 19: Measured ring oscillator gate delays of all chips across
an 8 inch wafer. the average delay is 2.9 ps with
a standard deviation of 0.07 ps.
Furthermore, the technology offers HBts with higher
break-down voltages, CMoS transistors for supply
voltages of 1.2 V and 3.3 V, and a set of passive components
for integrated millimeter-wave circuits. the
potential of the technology for integrated millimeter-wave
applications was demonstrated by a series
of benchmark circuits. these include ring oscillators
with gate delays of 2.9 ps (Fig. 19) representing the
shortest switching time reported for a BiCMoS process
so far. Moreover, lC oscillator circuits with fundamental-mode
oscillation frequencies above 200 GHz and
a transceiver circuit for the 122 GHz frequency band
were demonstrated.
As an example, Fig. 20 shows measured gain and noise
figures of a low noise amplifier for the 122 GHz
band.
For more information see: H. Rücker et al. “A 0.13 µm
SiGe BiCMoS technology Featuring f t /f max of 240 /330
GHz and Gate Delays below 3ps”, proc. BCtM, 166
(2009).
Abb. 20: Gemessene Verstärkung und Rauschzahl (NF) eines
rauscharmen 122-GHz-Verstärkers.
Fig. 20: Measured gain and noise figure (nF) of a 122 GHz
low noise amplifier.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
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RF-MEMS Integration
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A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Das Hauptziel dieses Projektes ist die Integration von
RF-MEMS in einen bestehenden SiGe-BiCMOS-Prozess.
Dies bietet die Möglichkeit, RF-MEMS-Schalter in einer
hochmodernen Prozesslinie herzustellen und in komplexen
BiCMOS-RFICs zu nutzen.
Im Bereich RF-MEMS wurde in den letzten Jahren ein
erheblicher Forschungsaufwand betrieben, aber die industrielle
Umsetzung ging trotz der gezeigten Vorteile
wie geringe Verluste und hohe Linearität nur langsam
voran. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass bei der
Herstellung von RF-MEMS meist spezielle Technologien
nötig waren und dabei z.B. Schwierigkeiten wie Sticking
und Verbindungsprobleme mit anderen Teilen des
Systems auftraten.
Aufgrund der Abmessungen der RF-MEMS-Schalter
macht der Einsatz nur im mm-Wellenlängenbereich
Sinn. Dort aber kann die Technologie entscheidend
zum Anstieg der Integrationsdichte und Funktionalität
beitragen und ermöglicht somit ein höheres Level an
Intelligenz in mutifunktionellen Mikrosystemen. Der
IC-Entwurf wird zeigen, wie der integrierte RF-MEMS-
Schalter in konfigurierbaren ICs für verschiedenste Anwendungen
im Spektrum der mm-Wellenlängen genutzt
werden kann. Das Ziel ist es, standardisierte Bausätze
rentabel zu nutzen, welche in großer Stückzahl und programmierbar
für spezifische Anwendungen hergestellt
werden können. Dies verhindert in vielen Fällen die
Notwendigkeit für den anwendungsspezifischen IC-Entwurf,
verringert die Kosten durch das hohe Marktvolumen
und die kürzeren Entwicklungszeiten und beseitigt
Hindernisse, welche zurzeit die industrielle Umsetzung
begrenzen.
rF MeMS Integration
the main goal of this project is the integration of
RF MeMS into an existing SiGe BiCMoS process. this
leads the way to the fabrication of RF MeMS in a high
yield industrial processing line and the use of RF
MeMS switches in complex BiCMoS RFICs.
RF MeMS have seen significant global research efforts
over the last years, but their industrial uptake has
been very slow, despite their demonstrated advantages
such as low loss and especially high linearity.
A significant reason for this dilemma is that RF MeMS
have mostly been fabricated in dedicated technologies,
with inherent technology-related difficulties
such as sticking and face interfacing problems with
the remainder of the system. A major objective of this
project is to demonstrate the integration of RF MeMS
into an existing state-of-the-art SiGe BiCMoS process
of the IHp.
Due to the size of RF MeMS switches, their use only
makes sense at millimeter-wave frequencies, but there
this technology can contribute significantly to
an increased integration density and functionality.
the technological advance will allow a higher level
of intelligence in multifunctional microsystems. the
IC design approach will investigate how the fully integrated
RF MeMS switches can be applied in reconfigurable
„core ICs“, which can be used over a wide
range of the millimeter-wave spectrum for a variety
of applications. the goal is to show a viable way to
„off-the-shelf“ building blocks, which can be fabricated
in large quantity and programmed for a specific
application. this eliminates the need for applicationspecific
IC design in many cases, lowers cost through
higher market volume, reduces design cycle time and
hence removes significant obstacles which currently
limit industrial take-up.

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Abb. 21 zeigt die Integration des eingebetteten RF-
MEMS-Schalters in die 0,25-µm-SiGe:C-BiCMOS-Technologie
des IHP. Der kapazitive Schalter wird gebildet
durch die Schichten Metall 2(rot) und Metall 3(orange)
und durch die Elektroden in Metall 1(blau). Metall 2
dient als HF-Signalleitung und der eigentliche Kontakt
wird gebildet durch einen dünnen Si3N4 /TiN-Schichtstapel
(grün), der Teil eines BiCMOS MIM-Kondensators
ist. In Abb. 22 ist eine REM-Aufnahme des Schalters
dargestellt.
Abb. 21: Querschnitt des RF-MEMS Schalters.
Fig. 21 Cross-section view of the RF MeMS switch process.
Die „pull-down“-Spannung des RF-MEMS-Schalters
beträgt 20 V. Während die Kapazität im OFF-Zustand
(Membran oben) zwischen 25 fF und 30 fF liegt, variiert
diese im ON-Zustand (Membran unten) zwischen
210 fF und 250 fF, was in einem OFF/ON-Kapazitätsverhältnis
von mindestens 1:8 und typischerweise 1:10
resultiert. In Abb. 22 sind die Resultate der S-Parameter
Messungen bei einer Vorspannung von 30 V für
verschiedene Positionen auf dem Wafer dargestellt. Die
Einfügungsdämpfung liegt im Frequenzbereich 1-110
GHz unter 1,65 dB, die Isolation ist für Frequenzen zwischen
60 GHz und 100 GHz besser als 15 dB. Der in Abb.
23 dargestellte Parameter S 11 zeigt für den OFF-Zustand
des Schalters eine gute Eingangsanpassung an 50 Ω.
Die vorläufigen Lebensdauertests der RF-MEMS-Schalter
zeigen, dass über 10 Milliarden „hot-switching“ Zyklen
ohne Sticking oder Leistungsverlust möglich sind [1].
Fig. 21 illustrates the embedded RF MeMS switch integration
in IHp’s 0.25 µm SiGe:C BiCMoS process.
the capacitive switch is built between the Metal2
(red) and Metal3 (orange) layers. High-voltage electrodes
are formed using Metal1 (blue) while Metal2 is
used as RF signal line. A thin Si3n4 /tin layer stack
(green), which is part of the BiCMoS metal-insulatormetal
capacitor, forms the switch contact region. An
SeM view of the switch is shown in Fig. 22.
Abb. 22: REM-Aufnahme des RF-MEMS Schalters.
Fig. 22: SeM view of the RF MeMS switch.
the pull-down voltage of the RF MeMS switch varies
between 17 V and 22 V over the wafer. the “off” state
capacitance (membrane up) varies between 25 fF and
30 fF, while the “on” state (membrane down) ranges
between 210 fF and 250 fF providing an “off”/”on”
state capacitance ratio of at least 1:8, but typically
1:10. S-parameter measurement results are given in
Fig. 22 for different sites of the wafer at 30 V bias
voltage. the insertion loss of the switch in the 1-110
GHz frequency range is below 1.65 dB. the isolation
for frequencies between 60 GHz and 100 GHz is better
than 15 dB. S 11 of the switch, given in Fig. 23 for the
“off” state, demonstrates a good input matching to
50 Ω. the resonance characteristic of the switch differs
only by ±2 GHz over an 8-inch wafer, as can be
seen from Fig. 23 as well. the preliminary life-time
tests of the RF MeMS switches show that up to 10
billion hot-switching cycles are possible without any
stiction or performance degradation.
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Als Nachweis der Machbarkeit wurde der in Abb. 24 gezeigte
Dual-Band-VCO hergestellt, der den vorgestellten
MEMS-Schalter nutzt. Das hohe Kapazitätsverhältnis
von 1:10 erlaubt es, die Oszillator-Frequenz bei 0 V von
3,55 GHz auf 4,15 GHz zu schalten (Abb. 24). Die hohe
Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der entwickelten
Technologie macht die gezeigten RF-MEMS-Schalter
nutzbar als eine Schlüsselkomponente für konfigurierbare
Schaltkreise wie z.B. Anpassnetzwerke, Filter,
Antennen, Phasenschalter und für die Realisierung von
leistungsstarken, siliziumbasierten Mehrband-RFICs.
[1] M. Kaynak et al., Technical Digest IEDM, pp. 797-
800 (2009) and M. Kaynak et al., SiRF, Technical Digest
SiRF, pp. 144-147 (2009).
Abb. 23: S-Parameter für verschiedene Waferpositionen.
Fig. 23: S-parameters results for different wafer sites.
Abb. 24(a): Dualband LC-VCO.
Fig. 24(a): Dual-band lC-VCo.
As a proof of concept, a dual-band VCo was fabricated
using the developed MeMS switch (Fig. 24). the
high capacitance ratio of 1:10 allows us to switch the
oscillation frequency at 0 V tuning voltage from 3.55
GHz to 4.15 GHz (Fig. 24). the high reproducibility
and reliability of the developed technology makes the
presented RF-switch feasible as a key component for
reconfigurable circuits, such as matching networks,
filters, antennas, phase-shifters and for the realization
of single-chip high-performance, multi-band silicon
RFICs.
Abb. 24(b): Änderung der Oszillatorfrequenz.
Fig. 24(b): Change of the oscillation frequency.

Siliziumphotonik
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Als Antwort auf stetig steigende Bandbreiteanforderungen
in der Kommunikation und auch im Bereich
Computing gibt es intensive Anstrengungen zur Entwicklung
integrierter photonischer Technologien, mit
besonderem Augenmerk auf der Zusammenführung von
Silizium-IC-Technologie und integrierter Optik, der Siliziumphotonik
(Silicon Photonics). Die Verfügbarkeit
photonischer Funktionalität auf Wafer-Level würde
den Weg zu neuen Märkten und Anwendungen im optischen
Bereich öffnen, vergleichbar dem Übergang von
diskreter Elektronik zur IC-Technologie. Siliziumphotonische
Anwendungen orientieren sich an breiten Märkten,
wie z.B. dem Access-Bereich oder an „high-end“
Märkten wie u.a. dem High-Perfomance Computing. Die
Attraktivität von Silizium für optoelektronische Anwendungen
beruht dabei auf den Eigenschaften, die das
Material gleichzeitig für integrierte Schaltungen und
passive Wellenleiter qualifizieren. Um eine photonische
Technologie basierend auf den am IHP zur Verfügung
stehenden BiCMOS-Technologien zu entwickeln, wird in
enger Zusammenarbeit mit der Technischen Universität
Berlin (FG Hochfrequenztechnik) zusammengearbeitet.
Dabei nutzt das IHP das an der TU Berlin vorhandene
Photonik-Knowhow. Die TU Berlin erhält im Gegenzug
Zugang zur IHP-Technologie für photonische Anwendungen.
Den Rahmen für die Zusammenarbeit bildet
das Joint Lab Silicon Photonics.
Der Schwerpunkt der Arbeiten lag auf wellenlängenselektiven
Komponenten unter Verwendung von Wellenleitergittern.
Eine Technologiebibliothek für die Herstellung
von Gittern auf SOI-Wellenleitern befindet sich
in der Entwicklung. Sowohl Elektronenstrahl- als auch
DUV-Techniken finden Verwendung. Dies ist besonders
interessant als komplementärer Ansatz für Gitteruntersuchungen,
da auf der einen Seite schnelle Prototypenherstellung
möglich ist, auf der anderen Seite jedoch
großflächige Prozesse mit hoher Ausbeute gefahren
werden können. Auch eine Kombination beider Technologien
ist denkbar.
Silicon photonics
Continuously increasing bandwidth requirements in
optical communications and computing give rise to
intense development efforts in integrated photonics,
with particular interest in the convergence of silicon
IC-technology and integrated optics, silicon photonics.
the availability of photonic functionality via a
planar wafer level technology would pave the way for
new markets and applications in the photonic realm,
comparable to the transition from discrete electronics
to IC-technology. Silicon photonics applications
target large markets, such as access networks, or
high-end markets such as high-performance computing.
the particular charm of silicon for optoelectronic
applications derives from its properties that allow
for the realization of integrated circuits and passive
optical waveguides at the same time. In order to set
up a photonics technology based on IHp’s BiCMoS
toolset, a close collaboration with technische universität
Berlin (FG Hochfrequenztechnik) has been
established. IHp benefits from the photonics knowhow
available in Berlin, while Berlin gains access to
the technology of IHp for photonic research purposes.
the frame for this collaboration is the Joint lab
Silicon photonics.
It focused on wavelength selective components based
on waveguide grating structures. A library of
technologies to fabricate grating structures in SoI
waveguides is presently under development. these
technologies make use of e-beam and deep uV (DuV)
lithography. the technologies may be deployed in a
complementary manner to achieve rapid prototyping
(proof of principle) or high-yield large area fabrication.
even a combination of both technologies is possible.
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Gitter sind häufig zur Kopplung von Licht in Nanowellenleiter
eingesetzte Komponenten. Eine solche Koppelgitterstruktur
ist in Abb. 25 gezeigt. Es wurden einfache
1D-Gitterkoppler mit einem flachen Siliziumätz
hergestellt (70 nm), wobei die nominale Dicke des SOI
220 nm beträgt. Die Nanowellenleiterverluste bewegen
sich im Bereich 4 dB/cm. Einfache 1D-Koppler wiesen
Verluste von -7 dB auf.
Buried oxide
Substrate
Abb. 25(a): Prinzipbild für die Kopplung von Faser und
Nanowellenleiter.
Fig. 25(a): Sketch of how coupling to a nano-waveguide
is achieved.
Bragg-Gitter werden bevorzugt zum Erzielen von wellenlängenselektiven
Filterfunktionen eingesetzt.
Faserbasierte Bragg-Gitter sind in dieser Beziehung
State-of-the-Art hinsichtlich Anwendungen in der Kommunikation
und im Sensorbereich. Die Herstellung von
wellenleiterintegrierten Bragg-Gittern ist daher sehr
wünschenswert, um die Fertigung von Resonatoren und
Filtern oder Anwendungen wie Dispersionskompensatoren
zu ermöglichen. Wir haben uns einer neuen Technik
zugewandt, der Herstellung von Bragg-Gittern auf
SOI-Wellenleitern mittels 248 nm DUV-Lithographie.
Diese Technik ist eine Planartechnologie aus der modernen
Halbleiterherstellung. Unser Ansatz ermöglicht
daher die großvolumige Herstellung von solchen Gitterelementen
und damit die preiswerte Fabrikation von
SOI-Wellenleiterbauelementen.
Gratings are a frequent means of coupling light to
nano-waveguides. A grating coupler structure is
shown in Fig. 25. We realized simple 1D grating couplers
deploying a shallow silicon etch of 70 nm. Silicon-on-insulator
thickness was nominally 220 nm.
We measured nano-waveguide losses of 4 dB/cm.
Simple 1D structures exhibited coupling losses of
about 7 dB.
Abb. 25(b): REM-Bild eines 1D-Kopplers.
Fig. 25(b): SeM image of a 1D grating coupler.
Bragg gratings are an important waveguide component
for achieving wavelength selective filter functions.
Fiber-based Bragg grating structures are considered
state-of-the-art for applications in the optical
communications and for sensing. the implementation
of such components on silicon waveguides is highly
desirable to permit the realization of integrated resonators
and optical filters for wavelength selection
or for dispersion compensation. We have investigated
a new approach to the fabrication of Bragg gratings,
using DuV 248 nm lithography. DuV lithography is a
planar technology and is of widespread use in modern
microelectronics fabrication. therefore, our approach
warrants the possibility for high throughput and thus
low-cost fabrication of Silicon waveguide Bragg gratings.

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Wir haben Bragg-Gitter auf 1,4 µm SOI-Rippenwellenleitern
hergestellt (siehe Abb. 26). Diese Wellenleiter
haben sehr niedrige intrinsische Verluste, wodurch
Gitterkomponenten mit mehreren Zentimetern Länge
möglich werden. Die Gitter wurden mit einer Double-
Patterning-Technik hergestellt.
Abb. 26(a): Seitliche Ansicht des Gitters auf der Wellenleiterrippe
im REM.
Fig. 26(a): SeM-sideview of the grating on the waveguide rib.
We realized Bragg grating structures on 1.4 µm SoI
rib waveguides (Fig. 26). the dimensions were chosen
to realize waveguides with low intrinsic losses
that allow the implementation of waveguide Bragg
gratings with a length of the order of centimeters. to
realize Bragg grating structures on these waveguides,
the grating spaces were fabricated using the double
patterning technique.
Abb. 26(b): Querschnitt des Gitters.
Fig. 26(b): Cross section of the grating pattern.
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Integration von Germanium auf Silizium
mittels einkristalliner Oxidheterostrukturen
Germanium-auf-Silizium-Substrate kombinieren das
Potential der Si-Technologie mit den überlegenen optoelektronischen
Eigenschaften von Ge gegenüber Si.
Dies ist von Bedeutung in Bezug auf:
a) Ladungsträgermobilität (relevant für CMOS),
b) optische Bandlücke und Absorptionskoeffizienten
(relevant für Infrarot-Photodetektoren und optische
Verknüpfungen hoher Bandbreite) sowie
c) strukturelle und thermische Übereinstimmung der
Materialkonstanten mit GaAs (relevant für die
Integration von III-V basierter Optoelektronik in
die etablierte Si Technologie) [1].
Dabei werden weltweit diverse Ansätze untersucht,
um diese Ge-auf-Si-Strukturen zu erzeugen, wie z.B.
der Schichttransfer, die Ge-Kondensation [1], und das
Überwachsen mit epitaktischem Ge auf Si mittels kristalliner
Oxidmasken [2]. Der letzte Ansatz wurde am
IHP in der Abteilung Materials Research in Zusammenarbeit
mit der Siltronic AG intensiv bearbeitet [3].
Einkristalline, vollkommen entspannte und flache
Ge(111) Filme mit einer Schichtdicke von 0,02 - 1 µm
wurden mittels Molekularstrahlepitaxie auf Si(111)
Wafern unter Benutzung eines kubischen (kub)
Pr 2 O 3 (111)-Puffers aufgebracht. Da die Kontrolle der
Defektdichte in epitaktischen Ge-Schichten für jede der
oben erwähnten Anwendungen grundlegend ist, wurden
komplexe Untersuchungen zur kristallinen Ordnung der
Heterostruktur durchgeführt, wobei Röntgenbeugungsmessungen
(XRD) am ESRF Synchrotron in Grenoble
(Frankreich) mit Transmissionselektronenmikroskopie
(TEM) des IHP kombiniert wurden.
Germanium Integration on Silicon via
Single Crystal-line oxide Heterostructures
Germanium-on-Si substrates combine the potential
of the Silicon technology with the superior properties
of Ge over Si in terms of:
a) charge carrier mobilities (relevant for CMoS),
b) optical bandgap and absorption coefficient
(of impact for infra-red photodetectors and
high-bandwidth optical interconnects), and
c) lattice and thermal match with GaAs (of interest
for integration of III-V based opto-electronics in
the mainstream Si platform) [1].
Several techniques are under study worldwide for the
achievement of GeoI structures, such as layer transfer,
Ge condensation [1], and Ge epitaxial overgrowth
of Si via crystalline oxide templates [2]. the last approach
was intensively pursued at IHp`s Department
Materials Research in collaboration with Siltronic AG
[3].
Single crystalline, fully relaxed and flat Ge(111) films
in the range 0.02 - 1 µm were grown by molecular
beam epitaxy on Si(111) wafers using cubic (cub)
pr 2 o 3 (111) as buffer. Since control of the defect density
in the Ge epilayers is fundamental for any of the
above mentioned applications, a complex investigation
of the crystal perfection of the heterostructure
was carried out, combining x-ray diffraction (XRD)
measurements performed at the synchrotron radiation
facility eSRF in Grenoble (France) with in-house
transmission electron microscope (teM) analyses.

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Ein Beispiel dieser Studie ist in Abb. 27(a) und 27(b)
illustriert. Abb. 27(a) kartiert das kub-Pr 2 O 3 (2-22)
Bragg-Peak-Maximum mit den sich überschneidenden
reziproken Gitterebenen (K L) und (H L). Streifen diffuser
Streuung sind entlang der Richtungen
sichtbar, welche von strukturellen Fehlstellen in den
{1-11} Netzebene des Oxidpuffers stammen. Interessanterweise
sieht man im TEM (Abb. 27(b)), dass sich
solche Oxide-Fehler im epitaktischen Ge fortpflanzen.
Es erscheint ein spiegelverkehrter Defekt an der kub-
Pr 2 O 3 (111) /Ge(111) Grenzfläche, dessen Geometrie
sich aus der Typ-A /B /A Stapelfolge der Ge /Oxid /
Si(111) Heterostruktur ergibt. XRD und TEM bieten neben
der Quantifizierung der Defektdichte somit auch
die Möglichkeit, den Entstehungsmechanismus der
strukturellen Fehlstellen zu deuten.
Referenzen
[1] C. Claeys, E. Simoen, Germanium-based Technologies:
From Materials to Devices, Elsevier, 2007.
[2] N.A. Bojarczuk, M. Copel, S. Guha, V. Narayanan,
E.J. Preisler, F.M. Ross, H. Shang, Appl. Phys. Lett. 83,
5443 (2003).
[3] T. Schroeder, A. Giussani, J. Dabrowski,
P. Zaumseil, H.-J. Müssig, O. Seifarth, P. Storck,
Phys. Stat. Sol. (C) 6, 653 (2009).
Abb. 27(a): (K L) und (H L) reziproke Raumkartierung um das
kub-Pr 2 O 3 (2-22) Bragg-Reflex-Maximum.
Fig. 27(a): (K l) and (H l) reciprocal space maps around
the cub-Pr 2 O 3 (2-22) Bragg peak.
examples of such a study are illustrated in Figs. 27(a)
and 27(b). Fig. 27(a) maps the cub-pr 2 o 3 (2-22) Bragg
peak in the intersecting reciprocal lattice planes
(K l) and (H l). Streaks of diffuse scattering are visible
along directions and originate from structural
flaws across {1-11} netplanes in the oxide buffer.
Interestingly, it is seen from the teM cross-section
of Fig. 27(b) that such oxide flaws are replicated in
the Ge epilayer (actually, a 180° rotation of the defect
occur at the cub-pr 2 o 3 (111) /Ge(111) interface,
due to the type-B and A stacking configuration of
the oxide buffer and the Ge epilayer, respectively).
Hence, XRD and teM analyses provide not only for a
quantification of the defect density, but also reveal
the mechanism at work in the generation of structural
flaws.
References
[1] C. Claeys, e. Simoen, Germanium-based technologies:
From Materials to Devices, elsevier, 2007.
[2] n.A. Bojarczuk, M. Copel, S. Guha, V. narayanan,
e.J. preisler, F.M. Ross, H. Shang, Appl. phys. lett. 83,
5443 (2003).
[3] t. Schroeder, A. Giussani, J. Dabrowski,
p. Zaumseil, H.-J. Müssig, o. Seifarth, p. Storck,
phys. Stat. Sol. (C) 6, 653 (2009).
Abb. 27(b): TEM Querschnitt der Ge(111) / kub-Pr 2 O 3 (111) / Si(111)
Heterostruktur, gezeigt entlang eines Azimuts.
Pfeile zeigen strukturelle Defekte, die sich über die
{1-11} Netzebenen in der kub-Pr 2 O 3 (111) und der
epitaktischen Ge(111)-Schicht hin-wegziehen.
Fig. 27(b): teM cross-section of the Ge(111) / cub- pr 2 o 3 (111) /
Si(111) heterostructure, viewed along a
azimuth. Arrows indicate structural defects
threading across {1-11} netplanes in the cub-
Pr 2 O 3 (111) and the Ge(111) epilayers.
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TiN/HfO 2 /Ti/TiN MIM Strukturen
für zukünftige RRAM Applikationen
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Das Hauptziel dieses Projekts ist die kostengünstige funktionelle
Diversifizierung von SiGe:C-BiCMOS-Technologien
durch die back-end-of-line (BEOL)-Integration von Metall-Isolator-Metall
(MIM)-Speicherzellen. Diese Strukturen
erlauben eine vergleichsweise einfache Realisierung
eingebetteter nichtflüchtiger Speicherzellen (NVM), die
auf dem resistiven Schalten von mindestens zwei Widerstandswerten
eines geeigneten Materials basieren.
Derzeit basiert die überwiegende Mehrheit nichtflüchtiger
Speicher auf dem Floating-Gate (Flash). Verschiedene
alternative nichtflüchtige Speicher, wie Resistive
Random Access Memory (RRAM), Ferroelectric Random
Access Memory (FeRAM), Phase-Change Random Access
Memory (PCRAM) und Magnetic Random Access Memory
(MRAM) sind Gegenstand der aktuellen Forschung.
Derzeit stellen RRAM, die auf dem Widerstandsschalten
in Übergangsmetalloxiden beruhen, einen viel versprechenden
Ansatz für eingebettete nichtflüchtige Speicher
dar. Die resistiven Schalteigenschaften wurden in
kondensatorähnlichen Strukturen mit verschiedenen
halbleitenden und isolierenden Übergangsmetalloxiden,
wie NiO, TiO 2 , Cu 2 O, Cr-dotierten SrZrO 3 und Crdotierten
SrTiO 3 beobachtet, die zwischen zwei metallischen
Elektroden eingefügt sind. Aufgrund von dessen
weiter Verbreitung in Siliziumtechnologien verfolgt das
IHP den Ansatz, Hafniumdioxid (HfO 2 ) als schaltbares
Metalloxid mit CMOS-kompatiblen Metallelektroden zu
verwenden.
tiN / Hfo 2 / ti / tiN MIM devices
for Future rrAM Applications
the main goal of this project is to provide cost-effective
functional diversification of SiGe:C BiCMoS
technologies by back-end-of-line (Beol) integration
of metal-insulator-metal (MIM) memory cells. these
structures allow a comparatively easy realization of
embedded non-volatile memory (nVM) cells based on
at least two resistance states in suitable materials.
today, the majority of non-volatile memory devices
are based on the floating gate device (Flash). Various
alternative nVM concepts, such as resistive random
access memory (RRAM), ferroelectric random access
memory (FeRAM), phase-change random access memory
(pCRAM) and magnetic random access memory
(MRAM) are under investigation.
Currently, RRAM based on resistive switching in transition-metal
oxides is considered a promising candidate
for embedded non-volatile memory. the resistive
switching effect has been observed in capacitor-like
MIM structures containing various semiconducting
and insulating transition-metal oxides, such as nio,
tio 2 , Cu 2 o, Cr-doped SrZro 3 and Cr-doped Srtio 3 sandwiched
between two metal electrodes. the resistive
switching behaviours differ depending on the oxides
and /or combinations of oxide and metal electrode.
Due to its widespread use in silicon technologies, IHp
is focused on hafnium dioxide (Hfo 2 ) as a desirable
switching oxide with CMoS compatible metal electrodes.

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Trotz der erheblichen bisherigen Forschung zu diesen
Materialien stellt die Integration alternativer nichtflüchtiger
Speicher in der Silizium-Mikroelektronik
unter BEOL-Bedingungen wegen zahlreicher Randbedingungen
eine Herausforderung dar, z.B. aufgrund
des limitierten thermischen Budgets. Andererseits erweist
sich die Integration von RRAM als vergleichsweise
einfach, kosteneffektiv und BEOL-kompatibel. Darüber
hinaus bietet RRAM die Vorteile einer hohen Retention
und einer reduzierten Leistungsaufnahme.
Denkbare Mechanismen für das resistive Schalten in
MIM-Systemen bestehen häufig aus einer Kombination
physikalischer und/oder chemischer Effekte. Jüngste
Studien haben gezeigt, dass die elektrochemische Migration
von Sauerstoff-Ionen den resistiven Schalteffekt
auslöst.
Ein elektronenmikroskopisches Querschnittsbild der
am IHP gefertigten 1×1 µm 2 grossen RRAM Zellen ist
in Abb. 28(a) zu sehen. Die Schichtdicken der unteren
TiN-Elektrode, des HfO 2 Films und der oberen Ti / TiN-
Elektrode betragen jeweils 150, 10 und 10 / 150 nm. Die
Grenzfläche zwischen Ti / TiN ist aufgrund des geringen
Kontrasts nicht erkennbar. Die TiN-Schichten sind polykristallin
mit hochgradig geordneten Körnern wie in der
Vergrößerung der Abb. 28(a) zu erkennen ist.
Despite the tremendous amount of research covering
material properties, the integration of alternative
nVM under Beol constraints in silicon microelectronics
is still a challenge due to several requirements,
e.g. the restricted thermal budget. However, with the
RRAM approach, device integration promises to be
comparatively easy, cost-effective and Beol compatible.
Furthermore, RRAM attracts a growing interest
due to its long data retention and reduced power consumption.
Conceivable mechanisms for the resistive switching in
MIM systems often consist of a combination of physical
and /or chemical effects. Recent studies have
shown that the electrochemical migration of oxygen
ions induces the resistive switching effect.
A transmission electron microscopy cross-sectional
image of the 1×1 µm 2 device can be seen in Fig.
28(a). the thicknesses of the tin bottom electrode,
the Hfo 2 film, and the ti / tin top electrode are about
150, 10, and 10 / 150 nm, respectively. the interface
between the ti / tin top electrode is not distinguishable
due to the low contrast. the tin thin films are
polycrystalline with highly ordered grains as shown in
the magnification of Fig. 28(a).
Abb. 28(a): Transmissionselektronenmikroskopisches Bild einer
1×1 µm 2 RRAM-Zelle. Der Einsatz zeigt eine
Vergrößerung.
Fig. 28(a): transmission electron microscopy cross-sectional
image of a 1×1 µm 2 cell. the inset shows the
magnification.
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8 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Die Strom-Spannungs (I-V) Charakteristik der TiN /
HfO 2 / Ti / TiN-Struktur wurden im Sweep-Modus untersucht.
Um das Schaltverhalten zu initiieren, ist ein
spannungsgesteuerter Formierungsprozess notwendig,
der das Dielektrikum in einen durchbruchähnlichen Zustand
überführt (Inset Abb. 28(b)).
Reproduzierbares bipolares Widerstandsschalten mit
100 Zyklen ist in Abb. 28(b) in der angegebenen Durchlaufrichtung
dargestellt, wobei die Spannung entsprechend
der Schritte 1 bis 4 variiert wird. Wenn eine positive
Spannung an der oberen Elektrode angelegt wird,
kann der Widerstand bei V set reduziert werden (ON-Zustand).
Die MIM-Struktur lässt sich wieder für negative
Spannungen über V reset hinaus in den OFF-Zustand
schalten. Die Leistungsaufnahme im Sweep-Modus, die
als I ON ×V reset bei V reset = - 0,8 V und I OFF ×V set bei V set = 0,8 V
berechnet wurde, beträgt 450 respektive 130 µW. Um
die Zuverlässigkeit für nichtflüchtige Speicheranwendungen
zu bestätigen, wurde zusätzlich die Retention
für 1×1 µm 2 -Speicherzellen untersucht. Beide Zustände
bleiben für 10 5 s erhalten.
Abb. 28(b): I-V Charakteristik einer 1×1 µm 2 RRAM Zelle
mit einer 10 nm dicken HfO 2 -Schicht. Pfeile
kennzeichnen die Durchlaufrichtung.
Der Einsatz rechts zeigt den spannungsgesteuerten
Formierungsprozess.
Fig. 28(b): I-V characteristics of a 1×1 µm 2 RRAM structure
with a 10 nm thick Hfo 2 layer. Arrows indicate
sweeping directions. the right inset shows the
forming process in voltage-controlled mode.
the current-voltage (I-V) characteristics of the tin/
Hfo 2 / ti / tin devices were studied by dc voltage
sweep measurements. to initiate the resistive switching
behavior, a voltage-controlled electroforming
process is required to drive the dielectric into a soft
breakdown status as shown in the inset of Fig. 28(b).
Reproducible bipolar resistive switching characteristics
with 100 cycles are illustrated in Fig. 28(b) as
the voltage is swept in steps 1 to 4. When a positive
voltage is applied to the top electrode, the resistance
is reduced for V>V set (on-state). the device can be
switched back into the oFF-state when a negative
voltage is applied beyond V reset . the extracted switching
power in dc sweep mode that was calculated as
I on ×V reset at V reset = - 0.8 V and I oFF ×V set at V set = 0.8 V is
450 µW and 130 µW, respectively. Furthermore, in order
to confirm the reliability for non-volatile memory
applications, data retention was investigated for 1×1
µm 2 memory cells. Both on- and oFF-state retained
without degradation for 10 5 s.

A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Untersuchung zu den Ursachen der durch
Versetzungen hervorgerufenen D-Band
Lumineszenz in Si unter Nutzung regulärer
Versetzungs-Netzwerke
Die Verwendung von Versetzungen zur Realisierung von
lichtemittierenden Dioden (LEDs) aus Silizium ist in der
Fachwelt auf starkes Interesse gestoßen. Allerdings war
bisher der Zusammenhang zwischen der D-Band-Lumineszenz
der Versetzungen und ihrer mikroskopischen
Struktur nicht ausreichend bekannt. Daher war es unser
Ziel, den Einfluss der Versetzungsstruktur insbesondere
auf die D1-Linie zu untersuchen, die bei etwa 0,8 eV
(1,55 µm) auftritt und die für die Anwendung wichtig ist.
Das Direktbonden von Si-Wafern ermöglicht eine reproduzierbare
Herstellung von regulären periodischen
Versetzungsstrukturen an der gebondeten Grenzfläche,
den Versetzungs-Netzwerken. Die Fehlorientierung zwischen
den Wafern, d.h. die Winkel für die Verdrehung
und Verkippung, bestimmt unmittelbar den mittleren
Abstand zwischen den Stufen- und Schraubenversetzungen.
Die gute Reproduzierbarkeit des Prozesses für
das Direktbonden, der vom MPI für Mikrostrukturphysik
Halle entwickelt worden war, erlaubt die Nutzung der
Netzwerke zur Analyse des Zusammenhanges zwischen
ihrer Struktur und ihren optischen sowie Rekombinationseigenschaften.
In Abb. 29 sind TEM-Aufnahmen
von Netzwerken mit unterschiedlicher Struktur gezeigt,
die am MPI Halle angefertigt wurden. Die Dichte der
Schrauben- (D SC ) und Stufen-Versetzungen (D ED ), ihr
Verhältnis R = D SC / D ED und die totale Versetzungsdichte
DTOT = D SC + D ED wurden aus den mittleren Abständen
zwischen diesen Versetzungen ermittelt.
Analysis of the origin of dislocation
related d-Band Luminescence in Silicon
using regular dislocation Networks
Applications of dislocations in silicon for fabrication
of all-silicon light emitting diodes (leD) are recently
attracting broad interest. A relation of the D-band
luminescence of dislocations with their microscopic
structure has not yet been established in a satisfactory
way. our goal was to analyze the influence of the
dislocation structure on the D1-line luminescence
appearing at about 0.8 eV (1.55 µm), which is important
for practical implementation.
Direct bonding of Si wafers allows reproducible formation
of regular, periodic dislocation structures
at the bonded interface, the so-called dislocation
networks. the misorientation between the wafers,
i.e. the angles for tilt α tI and for twist α tW , strictly
define average distances between lines of screw and
edge dislocations, respectively. A good reproducibility
of the bonding process, developed at MpI for
Microstructure physics in Halle, allows analysing the
influence of the structural properties of dislocation
networks on their optical and recombination activity.
Fig. 29 shows teM micrographs of networks with
different structure produced by MpI Halle. the density
of the screw (D SC ) and edge (D eD ) dislocations,
their ratio R=D SC /D eD and total density of dislocations
D tot = D SC + D eD was estimated from average distances
between the dislocations.
Abb. 29: TEM-Abbildung der Struktur der Versetzungsnetzwerke
in den Proben B1 und B3. Die Richtungen der Stufen-
bzw. Schrauben-Versetzungen sind markiert.
Fig. 29: teM micrographs of the structure of the dislocation
networks in samples B1 and B3. Crystal directions for
the edge and screw dislocations are shown in the
images by arrows.
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60 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Typische Photolumineszenz-Spektren, die an verschiedenen
Proben gemessen wurden, sind in Abb. 30 dargestellt.
Ein Vergleich zwischen der Struktur (Abb. 29)
und der Lumineszenz (Abb. 30) zeigt, dass die D1-Intensität
durch die Dichte der Schraubenversetzungen
bestimmt wird. Weiterhin ergibt sich, dass die nichtstrahlende
Rekombinationsaktivität von der Dichte der
Stufenversetzungen abhängt. Die in Abb. 31 graphisch
zusammengestellten Daten liefern einen starken Hinweis
darauf, dass die Versetzungslumineszenz mit aufgespaltenen
Partial-Versetzungen verknüpft ist, da erst
für Drehwinkel α TW > 3° die Transformation des Netzwerkes
in einen Typ mit nicht aufgespaltenen Versetzungen
zu beobachten ist.
Unsere experimentellen Ergebnisse legen den Schluss
nahe, dass Schraubenversetzungen für das Auftreten
der D1-Linie verantwortlich sind, wohingegen Stufenversetzungen
die nicht-strahlende Rekombination an
den Netzwerken sowie die D3- und die D4-Linie (hier
nicht gezeigt) verursachen. Die nicht-strahlende Rekombination
der Stufenversetzungen sollte auf ihre
starke Getterwirkung für sogenannte tiefe Verunreingungen
zurückzuführen sein. Die Getterwirkung der
Schraubenversetzungen ist dagegen sehr gering.
Abb. 30: PL-Spektren der Proben B1-B3, die bei 300 K aufgenommen
wurden. Die Struktur der Proben B1 und B3 ist in Abb. 29
gezeigt.
Fig. 30: pl spectra detected from B1-B3 samples at 300 K.
the microscopic structure of the B1 and B3 samples
are presented in Fig. 29.
Characteristic photoluminescence spectra detected
from different samples are presented in Fig. 30. Comparison
of structure (Fig. 29) and luminescence (Fig.
30) demonstrates that the D1 intensities follow the
density of screw dislocations. Moreover, the non-radiative
recombination activity is determined by the
density of edge dislocations, D eD . the data presented
in Fig. 31 suggest that the dislocation-related luminescence
is related to partial dislocations, since for
α tW > 3° the dislocation network was found to be
transformed to an interfacial network type with nonsplit
dislocations.
the obtained results indicate that screw dislocations
are responsible for D1-peak, whereas edge dislocations
are responsible for the non-radiative recombination
at dislocation networks in silicon and for D3
and D4 peaks (not shown here). the non-radiative
recombination activity of edge dislocations could be
attributed to their strong gettering ability for deep
impurities. Contrary, the gettering ability for the
screw dislocations appears to be small.
Abb. 31: Abhängigkeit der Intensitäten für die integrale Versetzungslumineszenz
I DRL (weiße Kreise) und für die
Band-Band-Lumineszenz I BB (rote Dreiecke) von
R = D SC / D ED (untere und linke Achse) und von D ED
(obere und rechte Achse). Die Meßbedingeungen
entsprechen denen für Abb. 30. Die eingefügten Linien
dienen zur Veranschaulichung.
Fig. 31: Dependencies of integrated DRl and BB signal intensities
I DRl (white circle) and I BB (red triangle) on
R = D SC / D eD (bottom and left axes) and D eD (top and right
axes) respectively. Measurement parameters were similar
to those in Fig. 30. lines are presented to guide the eye.

Si-basierte Lichtemission verursacht durch
Tunnelinjektion von Überschuss-Ladungsträgern
durch eine MIS-Struktur mit HfO 2
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Bauelemente mit neuen Eigenschaften und Anwendungspotential
werden gesucht, um die „More than
Moore“-Strategie der Mikroelektronik mit Leben zu
erfüllen und damit die Grenzen der konventionellen
Halbleitertechnologie zu überwinden. Hier berichten
wir über die Erforschung einer lichtemittierenden MIS-
Struktur, die in SOI integriert werden kann.
Dazu haben wir die Eigenschaften von MIS-Stapeln
untersucht, die mittels AVD-Abscheidung dünner HfO 2 -
Schichten auf Si-Substrat hergestellt wurden und anschließend
mit einem Ti-Kontakt versehen wurden. An
der Grenzfläche zum Si befand sich eine ultradünne
SiO 2 -Schicht. Stapel mit HfO 2 -Schichten im Dickenbereich
zwischen 0,17 und 2,19 nm wurden untersucht.
Ein Teil der MIS-Stapel wurde einer Temperung in Formiergas
bei 400 °C unterzogen, um die Defektzustände
an der Grenzfläche zu passivieren. Die Strom-Spannungs-Kennlinien,
die im Bereich zwischen -10 und 10
V aufgenommen wurden, verhielten sich reproduzierbar
und zeigten keinerlei Hinweise auf Oxid-Durchbrüche.
Die Kennlinien wiesen das für solche Strukturen typische
Gleichrichtungsverhalten auf mit hohem Strom
in Fluss- und abnehmendem Strom in Sperr-Richtung
(Abb. 32).
Silicon Based Light emission with tunnel
Injection of excess Carriers via an MIS
Structure Based on Hfo 2
Devices with novel properties and application potential
are desired for the microelectronics development
strategy “More than Moore”, exploring areas beyond
the boundaries of conventional semiconductor technologies.
Here, we aim to design a light emitting MIS
structure that can be integrated in thin SoI layers.
We analysed the properties of MIS structures prepared
by AVD deposition of Hfo 2 on silicon substrates with
a titanium contact on top and a very thin Sio 2 at the
silicon- insulator interface. layers with thicknesses
of the Hfo 2 in the range from 0.17 to 2.19 nm were
studied. A part of the MIS structures was subjected
to a 400 °C annealing step in forming gas atmosphere
in order to passivate the surface defect states. the
current-voltage characteristics of the MIS structures
were found to be well reproducible in the voltage
range between -10 to 10 V, indicating no permanent
breakdown in the oxide. the characteristics exhibit
the typical rectifying behaviour for those structures
with strong forward and diminishing small reverse
current (Fig. 32).
Abb. 32: Vergleich von IV-Kennlinien von MIS-Strukturen mit und
ohne Temperung in Formiergas.
Fig 32: IV characteristics of MIS structures annealed in forming
gas and those subjected to no treatment.
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62 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Elektrolumineszenz-Messungen (EL) bei Flusspolung
wurden durchgeführt, um das Injektionsverhalten der
verschiedenen MIS-Stapel zu charakterisieren. Die EL-
Spektren zeigen alle eine einzige Lumineszenz-Linie
bei ca. 1,1 eV , die für den strahlenden Band-Band-
Übergang in Si charakteristisch ist. Diese Linie verändert
für sämtliche Proben weder ihre Form noch ihre
spektrale Position im gesamten Bereich der angelegten
Vorspannungen (Abb. 33). Dieses Verhalten weist deutlich
darauf hin, dass es während des Betriebes zu keiner
Erwärmung kommt.
Abb. 33: Raumtemperatur-Spektren der Lumineszenzstrahlung von
MIS-Strukturen, die bei 2 verschiedenenVorspannungen
(0,1 und 1 V) aufgenommen wurden.
Fig. 33: 300 K spectra of the radiation from biased MIS structures
at two different voltages (0.1 and 1 V).
electroluminescence (el) measurements under forward
bias were conducted to characterize the injection
properties of the various MIS structures. the el
spectra from such structures show a single luminescence
line at 1.1 eV, characteristic for the radiative
band-to-band transition of silicon. this line shows
neither changes in the shape nor shifts of its position,
for all samples, in the whole range of the applied voltages
(Fig. 33). Such a behaviour strongly indicates
that there is no heating during the operation.

A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Alle Strukturen, die der Temperung bei 400 °C nicht
unterzogen wurden, wiesen eine größere Effizienz für
den strahlenden Übergang auf, als die behandelten
MIS-Strukturen. Wie aus Abb. 34 ersichtlich ist, tritt
eine charakteristische Abhängigkeit der EL-Intensität
vom Fluss-Strom auf. Ein ausgeprägtes Maximum
bestimmt den optimalen Strom für jeden Stapel. Der
optimale Injektionsstrom hängt von der Oxiddicke und
der Behandlung nach der Herstellung des Stapels ab.
Die Existenz dieses optimalen Stromes wird durch die
Injektionseigenschaften der MIS-Struktur bestimmt.
Bei gegebenem MIS-Stapel ist die Injektion der Minoritätsladungsträger
in das Substrat für eine bestimmte
Vorspannung optimal und liefert dann das Maximum
der Lumineszenz.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass unsere
auf HfO 2 basierenden MIS-Strukturen thermisch stabil
sind und eine Effizienz der EL aufweisen, die um ein
Mehrfaches größer ist, als die von vergleichbaren MOS-
Strukturen mit SiO 2 . Da das Licht dieser LEDs aus einem
kleinen Volumen unterhalb des MIS-Stapels emittiert
wird, sind derartige Lichtemitter gut zur Integration in
SOI geeignet.
Generally, the structures not subjected to passivation
annealing step at 400 °C showed significantly higher
efficiencies of the radiative transition. As shown in
Fig. 34 there exists a dependence of the el efficiency
on the forward current. A well pronounced maximum
exists, which determines an optimal current value
for each structure. this optimal injection current
was found to depend on the oxide thickness and the
post deposition treatments. We relate the existence
of such optimal current to the injection properties
of the MIS structure. the injection of minority carriers
in the substrate is optimal and the luminescence
strong only for a certain voltage range.
In conclusion, our MIS structures based on Hfo 2 were
shown to be thermally stable and to exhibit an el
efficiency for Si luminescence which is a few times
stronger than that for comparable MoS structures
using Sio 2 . Due to the fact that the light is emitted
from a small volume below the MIS stack, such a
structure appears to be favourable for integration in
SoI layers.
Abb. 34: Die auf den Strom normierte Intensität der Elektrolumineszenz
als Funktion des Stromes, der durch die
MIS-Struktur fließt, zeigt das Vorhandensein eines
optimalen Stromes, für den die Effizienz der Lumineszenz
maximal ist.
Fig. 34: electroluminescence efficiency dependence on the
current through the MIS structure shows the existence
of an optimal current for maximal luminescence
efficiency.
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6 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
G e M e I N S A M e L A B o r e – J o I N t L A B S
Joint Labs

Gemeinsames Labor IHP / BTU Cottbus
Das Gemeinsame Labor IHP / BTU auf dem Campus der
Brandenburgischen Technischen Universität (BTU) Cottbus
besteht seit 2000. Es bündelt die Forschungspotentiale
beider Partner und leistet, unter massgeblicher
Einbeziehung von Studenten, interdisziplinäre Forschung
auf dem Gebiet der Halbleitermaterialien. Dabei
bezieht es Lehrstühle der BTU in seine Forschungstätigkeit
ein, wie Experimentalphysik, Theoretische
Physik, Physikalische Chemie oder Schaltkreisentwurf.
Darüber hinaus beteiligte sich auch die Fachhochschule
Lausitz mit technisch-präparativen Arbeiten. Mit der
Technischen Hochschule Wildau (FH) wurde 2008 ein
gemeinsames Projekt begonnen.
National kooperiert das Gemeinsame Labor im Rahmen
seiner Projektarbeit mit einer Reihe von Forschungseinrichtungen
wie dem MPI Halle, den Universitäten Göttingen,
Halle, Jena, der RWTH Aachen, dem HZB Berlin,
dem IKZ Berlin oder dem FZ Jülich und hat Verträge mit
Unternehmen der Silizium-Branche wie der Siltronic AG,
der Conergy SolarModule GmbH, der Schott Solar Wafer
GmbH oder der CSG Solar AG.
Eine wichtige Aufgabe stellt auch der Ausbau der internationalen
Vernetzung des Gemeinsamen Labors dar.
Die BTU und das IHP sind über das Gemeinsame Labor
Mitglied im internationalen Konsortium SiWEDS (Silicon
Wafer Engineering & Defect Science Center, siehe
http://mse.utdallas.edu/siweds/), dem renommierte
Halbleiterfirmen und namhafte Universitäten angehören.
Außerdem verbindet es seine Arbeiten zur Synchrotronanalytik
am BESSY Berlin mit Untersuchungen am
ESRF Grenoble (Frankreich).
International wurden neben den bestehenden Verbindungen
in 2009 Zusammenarbeiten mit der Universität
St. Petersburg (Russland) und SOITEC Bernin (Frankreich)
weiter intensiviert. Im Jahr 2009 bearbeitete das
Gemeinsame Labor sieben Drittmittelprojekte, darunter
drei BMBF-Projekte, ein BMU-Projekt, ein von der Technologiestiftung
Berlin gefördertes Projekt und zwei Industrieprojekte.
Die Arbeiten zum BMBF-Projekt SILEM
(Integrationsfähige Siliziumemitter und -detektoren)
G e M e I N S A M e L A B o r e – J o I N t L A B S
Joint Lab IHp / Btu Cottbus
the Joint lab IHp / Btu located on campus at the
Brandenburg technical university Cottbus (Btu) was
founded in 2000. It pools the research potential of the
partners IHp and Btu and conducts interdisciplinary
research – with substantial participation of students –
in the field of silicon-based semiconductor materials.
the Btu chairs experimental physics, Materials
Science, theoretical physics, physical Chemistry and
Circuit Design are closely involved in its research activities.
Furthermore, the nearby university of Applied
Sciences lausitz is also associated with the Joint lab
and has contributed engineering and preparation
work in 2009. A joint project with the technical university
of Applied Sciences Wildau started in 2008.
Within the framework of its research projects, the
Joint lab collaborates on contract basis nation-wide
with various research facilities such as the MpI Halle,
HZB Berlin, IKZ Berlin, FZ Jülich, universities in Göttingen,
Jena and Halle, RWtH Aachen, and with silicon
companies such as Siltronic AG, Conergy SolarModule
GmbH, Schott Solar Wafer GmbH and CSG Solar AG.
the expansion of its international networking is a
further important task of the Joint lab. Btu Cottbus
and the IHp – via the Joint lab IHp / Btu – are
members of the international consortium SiWeDS
(Silicon Wafer engineering & Defect Science Center,
see http://mse.utdallas.edu/siweds/), associating
reputed semiconductor companies and well-known
universities. Moreover, the Joint lab combines its
work on synchrotron diagnostics at BeSSY Berlin with
investigations at eSRF Grenoble (France).
In addition to existing international scientific contacts,
collaborations with the Institute of physics
at the St. petersburg State university (Russia) and
SoIteC Bernin (France) were further intensified in
2009. In 2009 the Joint lab worked on seven projects
funded by third parties, among them three projects
funded by the BMBF (Federal Ministry of education
and Research), one project funded by the BMu (Federal
Ministry for the environment, nature Conservation
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
6

wurden mit dem Schlussbericht erfolgreich beendet.
Das Gemeinsame Labor beteiligt sich an Arbeiten, um
bisher ungenutzte Eigenschaften des Siliziums für einen
künftigen Einsatz auf neuen Gebieten zu erschließen,
so z.B. für thermo-elektrische Generatoren im
Rahmen des BMBF-Projektes „SiGeTE“.
Basierend auf den Ergebnissen dieser Vorlaufforschung –
zu der z.B. Si-basierte Lichtemitter, Si-basierte Nanostrukturen
wie c-Si / SiO 2 -Schichtstapel oder die kontrollierte
Ausnutzung der physikalischen Eigenschaften
von Versetzungen zählt – werden für das IHP Entscheidungen
für seine zukünftige inhaltliche Ausrichtung
vorbereitet.
Die langfristigen Forschungsschwerpunkte des Gemeinsamen
Labors zum Komplex „Silizium“ sollen Beiträge
zur Weiterentwicklung der Mikroelektronik, zur Einführung
einer Si-basierten Nanoelekronik, zur Einführung
einer Si-basierten Photonik und zur Unterstützung der
Si-basierten Photovoltaik liefern. Auf dem letztgenannten
Gebiet ist das Gemeinsame Labor in der BTU-Forschungeinrichtung
CeBra (Centrum für Energietechnologie
Brandenburg, siehe www.tu-cottbus.de/cebra/)
verankert.
Die grundlegende Such- und Vorlaufforschung zu neuen
und verbesserten Si-Eigenschaften durch Einsatz
von Methoden des Defect Engineering sind auf die unten
aufgeführten Schwerpunkte ausgerichtet. Es wurde
damit begonnen, auch Ge in die Arbeiten einzubeziehen.
Die Schwerpunkte der Arbeit werden im Rahmen
von Projekten, meist in Arbeitsteilung mit externen
Partnern und unter Hinzuziehung von BTU-Lehrstühlen,
verfolgt:
- Versetzungs-Engineering in Silizium für Lichtemitter
und andere Anwendungen,
- Si-Nanostrukturen,
- Si-Wafer für zukünftige Technologiegenerationen,
- Elektrische Aktivität von Kristalldefekten in Solar-Si,
- Entwicklung spezieller Meß- und Diagnoseverfahren,
insbesondere Synchrotrontechniken.
66 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
G e M e I N S A M e L A B o r e – J o I N t L A B S
and nuclear Safety), one project funded by the technologiestiftung
Berlin and two industry funded projects.
the results of the project SIleM (Integratable
Si-emitter and detectors), funded by the BMBF, were
successfully finished and summarized in the final report.
the Joint lab participates in research aimed at
using silicon properties that have not been used to
date for new application areas, e.g. for thermoelectrical
generators within the project SiGete , supported
by the BMBF.
Based on the results of this forerunning research, e.g.
Si-based light emitter, Si-based nanostructures such
as c-Si / Sio 2 layer stacks or controlled application of
the physical properties of dislocations as active device
components, decisions for the future research of
the IHp are prepared.
the long-term research focus of the Joint lab for the
complex “silicon” is aimed at delivering contributions
for the future development of microelectronics,
for the implementation of Si-based nanoelectronics
and Si-based photonics, and for the support of Si-based
photovoltaics. With the latter research field, the
Joint lab is connected with the Btu research facility
CeBra (Center for energy technology Brandenburg,
see also www.tu-cottbus.de/cebra/).
the basic and forerunning research related to new
and improved Si properties using methods of defect
engineering is directed towards the areas listed below.
the material Germanium has also been started to
be included. the main activities are organized in the
form of projects, usually carried out in collaboration
with external partners and including Btu chairs when
useful:
- Dislocation-engineering in silicon for light
emitters and other applications,
- Si-nanostructures,
- Si-wafer for future technology generations,
- electrical activity of crystal defects in solar
silicon,
- Development of special methods for measurement
and diagnostics, in particular synchrotron techniques.

2009 wurde die Zusammenarbeit zwischen dem Gemeinsamen
Labor IHP / BTU und der Abteilung Materialforschung
am IHP weiter intensiviert. Neben der
bereits laufenden Arbeit zu MIS-Stapeln mit dünnem
Hf-Oxid für MIS-LEDs wurden gemeinsame Arbeiten zu
dünnen Ge-Epischichten auf Si begonnen, wobei das Gemeinsame
Labor für die Bewertung der optischen und
elektrischen Eigenschaften verantwortlich zeichnet.
Allein zu den Halbleitermaterialien und -technologien
sind im laufenden Jahr vom Gemeinsamen Labor 30
Arbeiten in Fachzeitschriften publiziert oder zur Veröffentlichung
akzeptiert worden, mehr als 30 Vorträge
wurden gehalten, darunter 4 eingeladene. Außerdem
wurden 2009 zwei Tagungsbände herausgebracht, zum
E-MRS Spring Meeting 2008 (Symposium K), und zur
GADEST 2009.
Für die laufenden Projekte standen im Jahr 2009 mehr
als 700 T Euro eingeworbene Drittmittel zur Verfügung,
die durch das IHP bzw. die BTU verwaltet wurden.
Hervorzuheben ist die Ausrichtung der 13. Internationalen
Konferenz „Gettering and Defect Engineering
in Semiconductor Technology“ (GADEST 2009) durch
das Gemeinsame Labor zusammen mit dem IHP, woran
mehr als 140 Wissenschaftler aus 20 Ländern teilnahmen.
Das Gemeinsame Labor unterstützt das Lehrangebot
der BTU mit Vorlesungen, Übungen und Praktika. Weiter
beteiligt es sich an der Graduiertenschule DEDIS-Nano
der BTU. Im Jahr 2009 haben Mitarbeiter des Gemeinsamen
Labors eine Masterarbeit und eine Promotion
abgeschlossen.
Weiterführende Informationen über das Gemeinsame
Labor sind unter www.jointlab.de abrufbar.
G e M e I N S A M e L A B o r e – J o I N t L A B S
We intensified the cooperation between the Joint lab
and the IHp department Materials Research. In addition
to the existing cooperations on MIS-stacks with
thin Hafniumoxide for MIS-leDs, joint activities on
thin epitaxial Germanium layers on silicon were started,
with the Joint lab responsible for the characterisation
of the optical and electrical properties.
In 2009 the staff of the Joint lab saw 30 journal papers
published or accepted for publication, gave more
than 30 lectures, among them 4 invited ones, all related
to semiconductor materials and technologies alone.
In addition, two monographs on the e-MRS Spring
Meeting 2008 (Symposium K) and the GADeSt 2009
were edited and published.
More than € 700k third-party funds were available for
the projects running in 2009. the funds were administrated
by the IHp or by the Btu.
We would also like to highlight the organisation of
the 13th International Conference “Gettering and Defect
engineering in Semiconductor technology (GA-
DeSt 2009)” by the Joint lab and the IHp with 140
participating scientists from 20 countries.
the Joint lab supports teaching at Btu Cottbus by
conducting lectures, exercises and practical courses.
In addition, it contributed to the graduated school
DeDIS-nano of the Btu. In 2009, one phD thesis and
one master thesis were finished by members of the
Joint lab.
For further information about the Joint lab please visit
the website www.jointlab.de.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
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Gemeinsames Labor IHP/TH Wildau (FH)
Das gemeinsame Forschungs- und Ausbildungszentrum
(Joint Lab) des IHP und der THW wurde 2006 gegründet.
Die Schwerpunkte der Arbeit des Joint Lab sind die
gemeinsame Ausbildung von Studenten auf den Gebiet
der Mikroelektronik und die Entwicklung neuartiger siliziumbasierter
Bauelementekonzepte und Technologien
für die Hochgeschwindigkeits-Elektronik und Photonik.
Von besonderem Interesse ist Graphen für die Entwicklung
von Höchstfrequenzbauelementen und deren Anwendungen.
Im Joint Lab wurden Verfahren zur Erzeugung
von Graphenschichten untersucht. Gemeinsam
werden Anstrengungen unternommen, diese Schichten
zum Erreichen höherer Grenzfrequenzen bis in den Teraherz-Bereich
zu nutzen und damit neue Anwendungen
in der Sensorik und Medizintechnik zu erschließen.
In dem BMBF-Projekt „Neuartige Lichtquellen und
Komponenten für Silizium-Photonik – Silicon Light“
arbeiten die Projektpartner THW, IHP, das Joint Lab
IHP / BTU, die Technische Universität Berlin, die Firma
MergeOptics GmbH Berlin, sowie das Max-Planck-Institut
für Mikrostrukturphysik Halle an der Entwicklung
von Lichtquellen auf Siliziumbasis, an aktiven und passiven
Komponenten für die Silizium-Photonik sowie an
der Untersuchung von Möglichkeiten zu deren Systemintegration.
Eine Masterarbeit zum Thema „DUV-Technologie zur
Herstellung von Bragg-Gittern auf Silizium-Wellenleitern“
wurde im IHP durchgeführt und von Wissenschaftlern
der TU Berlin und der THW betreut. Eine Diplomarbeit
zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften
der Wellenleiter wird durchgeführt.
68 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
G e M e I N S A M e L A B o r e – J o I N t L A B S
Joint Lab IHp / tuAS wildau
the Joint lab of IHp and the tuAS Wildau, a joint
research and education centre, was inaugurated in
2006. the main research focus is the development of
new silicon-based device concepts and technologies
for high performance electronics and photonics. Graphene
is of special interest for the development of
high-frequency devices and their applications. new
technologies for the deposition of graphene layers
were evaluated in the Joint lab. Joint efforts are
made to reach terahertz frequencies with such layers
and to develop new applications in sensor and medical
technology.
In the BMBF-funded project „new light sources and
components for silicon photonics – Siliconlight“
the tuAS Wildau, the IHp, the Joint lab IHp / Btu,
the technical university of Berlin, the company Mergeoptics
GmbH Berlin, and the Max planck Institute
of Microstructure physics in Halle are cooperating to
develop new silicon based light sources, active and
passive components for silicon photonics as well as
the verification of possibilities for its system integration.
A master thesis about “DuV technology for the fabrication
of Bragg-gratings” was made at the IHp and
supervised by scientists of the tu Berlin and the tuAS
Wildau. A diploma thesis about improving the transmission
properties of wave guides is running.

Die gemeinsame Berufung auf die Professur „Halbleitertechnologie“
in der Studienrichtung Physikalische
Technik der THW, verbunden mit der Leitung des Joint
Lab IHP / THW, hat einen stimulierenden Einfluss auf
die laufenden Arbeiten. Die Wissenschaftler des IHP
haben eine Vorlesungsreihe zur modernen Halbleitertechnologie,
einschließlich neuester Diagnostikverfahren,
der Photolithographie und dem Plasmaätzen
ausgearbeitet. Im Anschluss an die Vorlesungen bietet
das IHP für die Studenten der THW interessante Praktikumsplätze
im Rahmen der Veranstaltung „Chip Processing“
an.
Aus den gemeinsamen Aktivitäten bei der Ausbildung
sind mehrere sehr erfolgreiche Master- und Diplomarbeiten
entstanden. Eine Reihe von Absolventen hat
nach Abschluss der Ausbildung im Rahmen eines Arbeitsverhältnisses
ihre Tätigkeit am IHP fortgesetzt.
Damit wurde ein Beitrag geleistet, um gut ausgebildete
junge Ingenieure in der Region zu halten.
G e M e I N S A M e L A B o r e – J o I N t L A B S
the joint appointment for a professorship “Semiconductor
technology” in engineering physics,
connected with the leadership of the Joint lab
IHp / tuAS Wildau, has a stimulating effect on the
current activities. IHp scientists worked out a lecture
course on modern semiconductor technology including
the latest diagnostic procedures, photolithography
and plasma etching. After the course IHp offers
interesting traineeships within the activity “Chip
processing” for the tuAS Wildau students.
Several successful master and diploma thesis originated
from the joint education activities. numerous
graduates started working at the IHp after their studies.
this helps to keep young and qualified engineers
in the region.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
69

70 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
Z u S A M M e N A r B e I t u N d p A r t N e r – C o L L A B o r A t I o N A N d p A r t N e r S
Collaboration and Partners

Industrie / Industry*
Z u S A M M e N A r B e I t u N d p A r t N e r – C o L L A B o r A t I o N A N d p A r t N e r S
advICo microelectronics GmbH, Germany
Air liquide Deutschland GmbH, Germany
Alcatel-lucent Deutschland AG, Germany
Alma Consulting Group S.A.S., France
Alfa Microonde srl, Italy
Alpha Microelectronics GmbH, Germany
AMo GmbH, Germany
AuCoteAM – Ingenieurgesellschaft für Automatisierungs-
und Computertechnik mbH, Germany
Australia telescope national Facility, Australia
Austriamicrosystems AG, Austria
Berliner Feuerwehr, Germany
Bio Sensor technology GmbH, Germany
BMW Group, Germany
BRAHMS AG, Germany
Federal office for Information Security, Germany
Catena, Germany
Celestrius AG, Switzerland
Centellax Inc., uSA
Centrotherm thermal Solutions GmbH & Co. KG, Germany
Cisco Systems GmbH, Germany
Conergy AG, Germany
Coreoptics GmbH, Germany
european Aeronautic Defence and Space Company,
Germany
european Institute for Research and Strategic
Studies in telecommunications GmbH, Germany
european Space Agency, Germany
evatronix, poland
FHR Anlagenbau GmbH, Germany
First Solar Manufacturing GmbH, Germany
France telecom SA, France
Frankfurter Wasser- und Abwassergesellschaft mbH,
Germany
FSue S&pe pulsar, Russia
HAnlo-Haus Vertriebsges. mbH, Germany
Hubner & Suhner AG, Switzerland
IMSt GmbH, Germany
Infineon technologies AG, Germany
Institut Industrial It (inIt), Germany
Institut für umwelttechnologien GmbH, Berlin
InnoSent GmbH, Germany
Kaunas Mixed Signal Design, lithuania
Kayser-threde GmbH, Germany
KMSD, lithuania
landshut Silicon Foundry GmbH, Germany
lesswire AG, Germany
lIMeteC Biotechnologies GmbH, Germany
lucent technologies network Systems GmbH, Germany
MeDAV GmbH, Germany
Mergeoptics GmbH, Germany
MeYteC GmbH Informationssysteme, Germany
Micro lambda Wireless, uSA
namlab GmbH, Germany
nanotron technologies GmbH, Germany
neC europe ltd., uK
nokia Siemens network, Finland
nXp Semiconductors netherlands B.V., the netherlands
odersun AG, Germany
pac tech GmbH, Germany
phasor Solutions, uK
philips Consumer lifetime, the netherlands
philotech GmbH, Germany
phoenix Contact GmbH & Co. KG, Germany
photline technologies SA, France
picoQuant GmbH, Germany
pReMA Semiconductor GmbH, Germany
pRIGnItZ Mikrosystemtechnik GmbH, Germany
Quantum Hydrometrie Gesellschaft für Mess- und
Systemtechnik mbH, Germany
Robert Bosch GmbH, Germany
Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, Germany
Schwarting-Biosystem GmbH, Germany
Sequence Design, uSA
SICK AG, Germany
Siemens AG, Germany
SiGe Semiconductor Inc., Canada
Silicon Radar GmbH, Germany
Silicon Wafer engineering and Defect Science, uSA
Silistix ltd., uK
Siltronic AG, Germany
SIRRIX AG, Germany
Sitec Sensortechnik GmbH, Germany
Skyvision ltd., Finland
SpiDCoM technologies, France
St Microelectronics SA, France
Step Sensortechnik und elektronik pockau GmbH,
Germany
technikon Forschungs- und planungsgesellschaft
mbH, Austria
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
7

72 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
Z u S A M M e N A r B e I t u N d p A r t N e r – C o L L A B o r A t I o N A N d p A r t N e r S
teleBItcom GmbH, Germany
telefunken Semiconductors GmbH & Co. KG
teS electronic Solutions GmbH, Germany
thales Berlin, Germany
timeKontor AG, Germany
toshiba Research europe ltd., uK
VDI / VDe Innovation + technik GmbH, Germany
VI Systems GmbH, Germany
Wacker Chemie AG, Germany
What!What! Records, Germany
XMoD technologies, France
*Ausgewählte partner / Selected partners
Forschungsinstitute und Universitäten /
research Institutes and universities*
AStRon- netherlands Institute for Radio Astronomy,
the netherlands
Australia telescope national Facility, Australia
Brandenburg university of technology, Germany
Brandenburg university of Applied Sciences, Germany
Budapest university of technology and economics,
Hungary
California Institute of technology, uSA
French national Center for Scientific Research, France
telemedizinzentrum Charité – universitätsmedizin
Berlin, Germany
Chemnitz university of technology, Germany
Christian-Albrechts-university of Kiel, Germany
Democritus university of thrace, Greece
enSeIRB MAtMeCA, France
epFl, Switzerland
eDp energias de portugal, portugal
eindhoven university of technology, the netherlands
eSA / eSteC – teC-etp, the netherlands
etRI – electronics and telecommunications Research
Institute, Korea
eurescom, Germany
european Synchrotron Radiation Facility, Germany
european university Viadrina, Germany
FBH Berlin, Germany
next Generation Media, Federal Ministry for
economics and technology, Germany
Ferdinand-Braun-Institut, leibniz-Institut für
Hoechstfrequenztechnik, Berlin, Germany
FHtW Berlin, Germany
Forschungszentrum Jülich, Germany
Fraunhofer HHI, Germany
Fraunhofer IAF, Germany
Fraunhofer IBMt, Germany
Fraunhofer IIS, Germany
Fraunhofer IZM, Germany
Fraunhofer ISe, Germany
Freie universität Berlin, Germany
Friedrich-Alexander-university of
erlangen-nuremberg, Germany
Friedrich-Schiller-university of Jena, Germany
Georgia Institute of technology, uSA
German Aerospace Center, Germany

Z u S A M M e N A r B e I t u N d p A r t N e r – C o L L A B o r A t I o N A N d p A r t N e r S
Hangzhou Dianzi university, China
Helmholtz-Centre Berlin for Materials and energy,
Germany
Humboldt university of Berlin, Germany
IMeC, Belgium
IneSC Inovação - Instituto De novas tecnologias,
portugal
Inp Greifswald e.V., Germany
InRIA – national Institute for Research in Computer
Science and Control, France
InSA – Institut national des Sciences Appliquees
de Rennes, France
Institute of Microelectronics, Singapore
Institute for Solar energy Research
Hameln / emmerthal, Germany
Karlsruhe Institute of technology, Germany
leibniz Institute for Solid State and Materials
Research Dresden, Germany
leibniz Institute for Crystal Growth, Germany
leibniz university Hannover, Germany
letI, France
luleå university of technology, Sweden
Max planck Institute for Microstructure physics,
Germany
Max planck Institute for physics, Germany
nanosens, the netherlands
national and Kapodistrian university of Athens,
Greece
national Institute for Materials Science, Japan
national taiwan university, taiwan
netherlands organisation for Applied Scientific
Research, the netherlands
national nanotechnology Fabrication Center, Korea
otto-von-Guericke-university Magdeburg, Germany
paul Drude Institute for Solid State electronics,
Germany
progress Microelectronics Research Institute, Russia
Ruhr-university Bochum, Germany
RWtH Aachen, Germany
Sabanci university Istanbul, turkey
Saint petersburg State university, Russia
Southeast university nanjing, China
technical university of Berlin, Germany
technical university of Ilmenau, Germany
technical university of ukraine, ukraine
technische universität Bergakademie Freiberg,
Germany
technical university Carolo-Wilhelmina at Brunswick,
Germany
technical university Dresden, Germany
technical university Munich, Germany
tecnatom S.A., Spain
technology transfer Center of east Brandenburg,
Germany
tohoku university, Japan
universidad politécnica de Madrid, Spain
university of Cantabria, Spain
university of udine, Italy
university of Bologna, Italy
university of the Bundeswehr Munich, Germany
university of Applied Sciences Wildau, Germany
university of Bologna, Italy
university of California Santa Cruz, uSA
university of Chicago, uSA
university of Dortmund, Germany
university of Helsinki, Finland
university of Kassel, Germany
university of Malaga, Spain
university of Manchester, uK
university of osnabrück, Germany
university of oulu, Finland
university of oxford, uK
university of paderborn, Germany
university of paris-Sud 11, France
university of potsdam, Germany
university of Siegen, Germany
university of Stuttgart, Germany
university of Surrey, uK
university of toronto, Canada
university of twente, the netherlands
university of ulm, Germany
Bergische university of Wuppertal, Germany
Vienna university of technology, Austria
Vilnius university, lithuania
Vtt technical Research Centre of Finland, Finland
Weierstrass Institute for Applied Analysis and
Stochastics, Germany
Yonsei university, Korea
Zhejiang university, China
*Ausgewählte partner / Selected partners
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
7

G A S t w I S S e N S C H A F t L e r u N d S e M I N A r e – G u e S t S C I e N t I S t S A N d S e M I N A r S
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Guest Scientists and Seminars

G A S t w I S S e N S C H A F t L e r u N d S e M I N A r e – G u e S t S C I e N t I S t S A N d S e M I N A r S
Gastwissenschaftler / Guest Scientists
Gastwissenschaftler Institution Forschungsgebiet
Guest Scientists Institution research Area
1. Mr. Ahmed Awny university of paderborn, Germany Circuit Design
2. Mr. Anton Datzuk polYteDA Moscow, Russia System Design
3. Mrs. Arzu ergintav Sabanci university Istanbul, turkey Circuit Design
4. prof. Karol Froehlich Institute of electrical engineering Bratislava, Slovakia Materials Research
5. Mr. Andriy Koval polYteDA Kiew, ukraine System Design
6. Dr. Koushik Maharatna university of Southampton, uK System Design
7. prof. enrique A. Miranda universitat Autonoma de Barcelona, Spain Materials Research
8. prof. Junichi Murota tohoku university, Sendai, Japan technology
9. Mrs. Vanessa Iglesias Santiso universitat Autonoma de Barcelona, Spain Materials Research
10. Dr. Guillaume Saint-Girons ecole Centrale de lyon, France Materials Research
11. Dr. Amalia M. Soare national Research and Development Institute for Materials Research
Cryogenics and Isotopic technologies, Valcea, Romania
12. Dr. Rakesh Sohal DFG Fellow, India Materials Research
13. Mr. nasir uddin university of paderborn, Germany Circuit Design
14. Dr. Christoph Vallee letI-Minatec, France Materials Research
15. prof. Ya-Hong Xie university of California, los Angeles, uSA Materials Research
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
7

G A S t w I S S e N S C H A F t L e r u N d S e M I N A r e – G u e S t S C I e N t I S t S A N d S e M I N A r S
Seminare / Seminars
Vortragender Institution Thema
presenter Institution topic
1. prof. Marcus Baeumer university of Bremen, Germany “From the nano Scale to the Angstroem
Scale: Adsorption and Reaction on
nanostructured Surfaces“
2. prof. Karol Froehlich Institute of electrical engineering “Recent Developments of Gan Based
Bratislava, Slovakia High electron Mobility transistors“
3. Dr. Glen R. Fox Fox Materials Consulting, llC Colorado, uSA “FeRAM technology“
4. pD Dr. Michael Hanke paul Drude Institute for Solid State “Diffuse X-Ray Scattering at lowelectronics
Berlin, Germany Dimensional nanostructures“
5. Mr. pablo Herrero technical university Braunschweig, Germany “Microstrip Antenna low-cost
technology at 122 GHz“
6. Dr. Markus Heyde Fritz Haber Institute of the “Atomic Force Microscopy of oxide
Max planck Society, Germany Surfaces“
7. prof. Václav Holý Charles university in prague, Czech Republic “Diffuse Scattering from Relaxed
epitaxial layers“
8. Dr. Heinz-Wilhelm German Aerospace Center, Berlin, Germany “From Astronomy to Civil Security:
Huebers terahertz-Research at the DlR“
9. prof. ted Masselink Humboldt-university Berlin, Germany “Quantum-Cascade lasers: Semiconductor
lasers for the MIR to tHz“
10. prof. t. Mikolajick namlab Dresden, Germany “Semiconductor Memories: Current
Status and Future 0utlook”
11. prof. enrique A. universitat Autonoma de Barcelona, Spain “the life after Death of a Gate oxide”
Miranda “post-breakdown Conduction in
ultra-thin Gate oxides: From physical
Models to Circuit Applications“
12. Dr. C. Merckling IMeC, leuven, Belgium “Molecular Beam epitaxy passivation
Studies of Ge and III-V Semiconductors
for Advanced CMoS“
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G A S t w I S S e N S C H A F t L e r u N d S e M I N A r e – G u e S t S C I e N t I S t S A N d S e M I N A r S
Vortragender Institution Thema
presenter Institution topic
13. Dr. Regina paszkiewicz university of Wroclaw, poland “Gan Research Activities at the
university of Wroclaw“
14. prof. Klaus petermann technical university Berlin, Germany “Integrated optics in Silicon“
15. Dr. Andrei postnikov paul Verlaine university, Metz, France “Vibration properties of Mixed Semiconductors:
Impurity Modes and
local environment effects“
16. Dr. Mirja Richter IBM Zuerich, Switzerland “Advanced Functional Materials at IBM
Zurich Research lab: III-V Devices and
Routes towards Integration on Silicon“
17. Dr. Guillaume ecole Centrale de lyon, France “oxide Heterostructures for
Saint- Girons Microelectronic Applications“
“Monolithic Integration of Crystalline
oxides and III-V Heterostructures on
Silicon“
18. Mr. Martin Schlosser university of the German Federal “tunnel transistors for Future CMoS
Armed Forces, Munich, Germany technology“
19. prof. Alexey German Aerospace Center, Berlin, Germany “Integrated lens Antennas with planar
Semenov Feeds at tHz Frequencies“
20. prof. Andrzej l. Institute of physics, polish Academy “theoretical Investigations on photo-
Sobolewski of Sciences, Warsaw, poland physics of organic Switches Driven by
excited-State proton transfer“
21. Dr. Christoph Vallee letI-Minatec, France “High k for linear MIM Capacitors and
non Volatile Memories (RRAM)“
22. prof. Ya-Hong Xie university of California, los Angeles,uSA “Graphene: promises and Challenges“
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
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78 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
p u B L I K A t I o N e N – p u B L I C A t I o N S
Publications

Erschienene Publikationen
published papers
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(1) Formation of Vacancy and oxygen
Containing Complexes in Cz-Si by rapid
thermal Annealing
V.D. Akhmetov, G. Kissinger, W. von Ammon
physica B: Condensed Matter 404(23-24),
4572 (2009)
Changes of the oxygen (o) state in Czochralski silicon
(Cz Si) caused by rapid thermal annealing (RtA)
were studied by means of Fourier transform infrared
spectroscopy (FtIR) in a highly sensitive mode. the
formation of vacancy (V) and o containing complexes
Vo 4 , previously known only from radiation experiments
was observed as a result of RtA of Si wafers under clean
room conditions without applying any irradiation.
the use of half wafers during RtA processing and the
use of the second untreated part of the same wafer as
a reference during precise differential FtIR measurements
allowed us to reveal, quite reproducibly, the
small RtA induced changes in the absorbance in the
level of ~10 -5 in absorbance units. Special attention
was paid to separate the real contribution from the
bulk from a possible surface related contribution in
the recorded differential absorbance spectra. As a
result, the quantitatively reproducible vibrational absorption
band 985 cm -1 at room temperature known of
Vo 4 was revealed in each of the examined wafers after
RtA. the concentration of the observed complexes
was approximately 1.4 x 10 13 cm -3 as estimated from
the integrated calibration factor for interstitial oxygen
(oi). no traces of Vo, Vo 2 , Vo 3 , Vo 5 and Vo 6 were
found in a similar level. A moderate decrease, in the
level of 10 13 -10 14 cm -3 , of the content of oxygen dimers
(o 2i , 1012 cm -1 ) and trimers (o 3i , 1005 cm -1 ) in asgrown
Si was observed after RtA. Changes in the concentration
of oi did not exceed approximately 0.5 %.
possible reasons for the preferential formation of Vo 4
by RtA are briefly discussed.
(2) Hydrogen transformations in Si-Based Solar
Structures Studied by precise FtIr
Spectroscopy
V.D. Akhmetov, A.G. ulyashin, A. Holt, M. Kittler
Materials Science and engineering B
159-160, 182 (2009)
In this work, an attempt to clarify the origin of a very
pronounced effect of the minority carrier lifetime
evolution in Sin x :H / a-Si:H / Si / a-Si:H / Sin x :H and
a-Si:H / Si / a-Si:H solar cell structures prepared at
temperatures around 200 °C upon heat treatments
in the temperature interval of 445–550 °C is performed.
For a comparison, heavily hydrogenated Si
substrates were investigated as well. Analysis of all
structures studied was performed by means of precise
FtIR measurements and quasi-steady-state photoconductance
(QsspC) techniques. Annealing-induced
transformations of hydrogen-related states in Si-based
structures upon heat treatments were monitored
by a FtIR system with an enhanced sensitivity. Strong
monotonic decrease of the intensity of various Si–H
and n–H stretching bands was observed in all types
of H-containing layers upon heat treatments applied.
It is concluded that the transformations of H-related
complexes in all structures studied are responsible
for the observed changes in passivation efficiency of
a-Si:H and Sin x :H / a-Si:H layers.
(3) Interaction of oxygen with thermally
Induced Vacancies in Czochralski Silicon
V.D. Akhmetov, G. Kissinger, W. von Ammon
Applied physics letters 94, 092105 (2009)
Complexes consisting of a vacancy and four oxygen
atoms, Vo 4 , were found in oxygen-rich Czochralski
silicon wafers subjected to rapid thermal annealing
(RtA) at 1250 °C for 30 s in Ar / o 2 atmosphere
by means of Fourier transform infrared spectroscopy
with enhanced sensitivity. An absorption band at
985 cm -1 , previously observed only in irradiated Si
and assigned to a local vibration mode of Vo 4 , was
measured reproducibly in all RtA treated wafers examined.
A concentration of about 1.4 x 10 13 cm -3 of
thermally induced Vo 4 was estimated from the inte-
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
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80 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
grated intensity of the band at 985 cm -1 using the
known calibration factor for interstitial oxygen.
(4) SiGe Analog AGC Circuit for an 802.11a
wLAN direct Conversion receiver
J.p. Alegre, S. Celma, B. Calvo, n. Fiebig,
S. Halder
Ieee transactions on Circuits and Systems II
56(2), 93 (2009)
this brief presents a baseband automatic gain control
(AGC) circuit for an Ieee 802.11a wireless local area
network (WlAn) direct conversion receiver. the whole
receiver is to be fully integrated in a low-cost 0.25
µm 75-GHz SiGe bipolar complementary metal-oxidesemiconductor
(BiCMoS) process; thus, the AGC has
been implemented in this technology by employing
newly designed cells, such as a linear variable gain
amplifier (VGA) and a fast-settling peak detector. Due
to the stringent settling-time constraints of this system,
a feedforward gain control architecture is proposed
to achieve fast convergence. the proposed AGC is
composed of two coarse-gain stages and a fine-gain
stage, with a feedforward control loop for each stage.
It converges with a gain error of below ± 1dB in less
than 3.2 µs, whereas the power and area consumption
are 13.75 mW and 0.225 mm 2 , respectively.
(5) Laser Annealing of the Si Layers in
Si / Sio 2 Multiple Quantum wells
t. Arguirov, t. Mchedlidze, S. Kouteva-
Arguirova, M. Kittler, R. Roelver, B. Berghoff,
D. Bätzner, B. Spangenberg
Materials Science and engineering B
159-160, 57 (2009)
the transition of amorphous to crystalline silicon
in nanometer-sized structures was investigated by
means of Raman spectroscopy. the phase transition
was induced by illumination with monochromatic
light. the crystallization and accompanying processes
were studied for silicon layers embedded in
silicon oxide matrix and forming a multiple quantum
well (MQW) structure. thickness of the layers varied
in 3–60 nm range for various MQW. the results could
be explained considering dispersion in light absorpti-
on of amorphous and crystalline films for the employed
range of radiation wavelengths. the electrical and
photovoltaic properties of the crystallized structures
were characterized in view of their capability for lateral
carrier transport.
(6) Silicon Based Light emitters utilizing
radiation from dislocations: electric Field
Induced Shift of the dislocation-related
Luminescence
t. Arguirov, t. Mchedlidze, M. Kittler,
M. Reiche, t. Wilhelm, t. Hoang, J. Hollemann,
J. Schmitz
physica e 41, 907 (2009)
Dislocation rich regions can be controllably formed at
a certain location inside a silicon wafer. We studied
the light emission properties of such regions located
in an electric field of a p-n junction under different
excitation conditions. It was found that the luminescence
spectra of the dislocations are significantly
influenced by the presence of the junction. the dislocation-related
luminescence peak position appears
red-shifted due to the built-in electric field. A suppression
of that field by photo-generation of carriers
or by applying a forward bias voltage at the junction
leads to a gradual decrease in the energy position of
the peaks. the dependence of the peak position on
the electric field was found to be a quadratic function,
similar to that observed for semiconductor nanostructures.
We show that the shift of the peak position
is due to the Stark effect on dislocation-related
excitonic states. the characteristic constant of the
shift, obtained by fitting the data with the quadratic
Stark effect equation, was 0.0186 meV / (kV / cm) 2 .
the observed effect opens new possibilities for integration
of a silicon based light emitter, combining
the radiation from dislocations with a Stark effect
based modulator.

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(7) Structure and defects of epitaxial Si(111)
Layers on y 2 o 3 (111) / Si(111) Support
Systems
C. Borschel, C. Ronning, H. Hofsäss,
A. Giussani, p. Zaumseil, Ch. Wenger, p. Storck,
t. Schroeder
Journal of Vacuum Science and technology B
27, 305 (2009)
Single crystalline epitaxial Si(111) / Y 2 o 3 (111) / Si(111)
heterostructures were grown by molecular beam epitaxy
and the morphology, structure, and defects were
characterized in detail. the growth of a closed and
smooth layer system is demonstrated by means of
reflection high energy electron diffraction measurements.
X-ray reflectometry and high resolution Rutherford
backscattering (RBS) experiments show
low surface and interface roughnesses. Channeling
RBS as well as x-ray diffraction pole figure studies
demonstrate the type A / B / A epitaxy relationship
of the Si(111) / Y 2 o 3 (111) / Si(111) heterostructure
and reveal the existence of defects in the epitaxial
Si(111) layer. these defects are studied in detail with
high resolution transmission electron microscopy,
disclosing microtwin formation and type B Si grains
as the major defects.
(8) Group-II Hafnate, Zirconate High-k
dielectrics for MIM Applications:
the defect data Issue
J. Dabrowski, p. Dudek, G. Kozlowski,
G. lupina, G. lippert, R. Schmidt, Ch. Walczyk,
Ch. Wenger
eCS transactions 25(6), 219 (2009)
We discuss the role of defects in metal oxides (mostly
in strontium hafnate, barium hafnate and barium zirconate).
the discussion is based on macroscopic and
microscopic (C-AFM) electrical measurements, ab initio
calculations for formation energies and electronic
structure of defects, numerical simulations of trapassisted
leakage, and on additional data provided by
SIMS and X-ray techniques. We argue that moisture
may be a hazardous contaminant.
(9) A Single-poly eeproM Cell for embedded
Memory Applications
A. Di Bartolomeo, H. Rücker, p. Schley, A. Fox,
S. lischke, K.-Y. na
Solid State electronics 53(6), 644 (2009)
We present a novel single-poly-silicon eepRoM cell
for embedded memory. the cell is integrated in a
0.13 µm RF-CMoS technology without process modifications
and is composed of an nMoS transistor and
a MoS capacitor on two isolated p-wells sharing a
floating poly-silicon layer. A two-polarity voltage of
±6 V is applied for writing and erasing using uniformchannel
Fowler–nordheim tunnelling. operations
faster than 1 ms, endurance over 10 +3 cycles and data
retention longer than 10 years are demonstrated.
(10) IHp SiGe:C BiCMoS technologies as a
Suitable Backup Solution for the AtLAS
upgrade Front-end electronics
S. Diez, M. lozano, G. pellegrini, I. Mandic,
D. Knoll, B. Heinemann, M. ullán
Ieee transactions on nuclear Science 56(4),
2449 (2009)
In this study we present the results of radiation
hardness studies performed on three different SiGe:
C BiCMoS technologies from Innovation for High performance
Microelectronics (IHp) for their application
in the Super-large Hadron Collider (S-lHC). We performed
gamma, neutron and proton irradiations on
the bipolar section of these technologies, in order to
consider ionization and atomic displacement damage
on electronic devices. Results show that transistors
from the IHp BiCMoS technologies remain functional
after the radiation levels expected in the innerdetector
(ID) of the AtlAS upgrade experiment. these
technologies are one of the candidates to constitute
the analog part of the Front-end chip in the AtlASupgrade
experiment, in the S-lHC.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
8

82 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(11) proton radiation damage on SiGe:C HBts
and Additivity of Ionization and
displacement effects
S. Diez, M. lozano, G. pellegrini,
F. Campabadal, I. Mandic, D. Knoll,
B. Heinemann, M. ullán
Ieee transactions on nuclear Science 56(4),
1931 (2009)
proton irradiation results are shown here for three
different SiGe:C HBt technologies from IHp Microelectronics.
High damages are observed although the
transistors remain usable for their application on the
Super-lHC. Considerations on the ionization and displacement
effects additivity are also presented in order
to validate parameterized experiments. this study
shows a reasonable agreement between proton irradiations
and previous gamma and neutron irradiations.
(12) plastic deformation in 200 mm Silicon
wafers Arising from Mechanical Loads in
Vertical-type and Horizontal-type Furnaces
A. Fischer, G. Kissinger, G. Ritter,
V. Akhmetov, M. Kittler
Materials Science and engineering B 159-
160, 103 (2009)
Slip-free high temperature processing of silicon wafers
at temperatures up to 1200 °C still remains an
engineering challenge. therefore, the authors present
the physical basis for estimation of gravitational
constraints in 200 mm silicon wafers subjected to
high temperature processes both in vertical-type and
horizontal-type furnaces. the load-induced shear
stresses in 200 mm silicon wafers stacked horizontally
and vertically were calculated using 3D-FeM analysis
of the displacement vector assuming linear elastic
behavior of the anisotropic material. For comparison
of the two complex loading cases and for relating
the effect of gravitational constraints to the mechanical
strength of the wafers, the invariant Von Mises
shear stress was chosen. Calculation of load-induced
stresses and determination of the onset of plastic
deformation have shown that for vertical-type boats
annealing at temperature >850 °C would lead to slip
formation in the bearing area of the wafer whereas
for horizontal-type boats largely slip-free processing
would be possible up to 1200 °C.
(13)
deep-uV technology for the Fabrication of
Bragg Gratings on SoI rib waveguides
I. Giuntoni, D. Stolarek, H.H. Richter,
St. Marschmeyer, J. Bauer, A. Gajda, J. Bruns,
B. tillack, K. petermann, l. Zimmermann
Ieee photonics technology letters 21(24),
1894 (2009)
In this paper we present a wafer level technology
based on deep ultra-violet (DuV) lithography to fabricate
Bragg gratings on SoI rib waveguides. the
principle of the used double patterning technique is
presented, as well the influence of the process variation
on the device performances. the fabricated
Bragg gratings were characterized and compared to
analogue structures patterned with electron-beam
lithography.
(14) Atomically Smooth and Single Crystalline
Ge(111) / cubic-pr 2 o 3 (111) / Si(111)
Heterostructures: Structural and Chemical
Composition Study
A. Giussani, p. Rodenbach, p. Zaumseil,
J. Dabrowski, R. Kurps, G. Weidner,
H.-J. Müssig, p. Storck, J. Wollschläger,
t. Schroeder
Journal of Applied physics 105, 033512
(2009)
engineered wafer systems are an important materials
science approach to achieve the globalintegration of
single crystalline Ge layers on the Si platform. Here,
we report the formation of singlecrystalline, fully relaxed
Ge(111) films by molecular beam epitaxial overgrowth
of cubic pr oxidebuffers on Si(111) substrates.
Reflection high-energy electron diffraction, scanning
electronmicroscopy, and x-ray reflectivity show that
the Ge epilayer is closed, flat, and has a sharp interface
with the underlying oxide template. Synchrotron
radiation grazing incidence x-ray diffraction and
transmission electron microscopy reveal the type-
A / B / A epitaxial relationship of the Ge(111) / cubic

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
pr 2 o 3 (111) / Si(111) heterostructure, a result also
corroborated by theoretical ab initio structure calculations.
Secondary ion mass spectroscopy confirms
the absence of pr and Si impurities in the Ge(111)
epilayer, even after an annealing at 825 °C.
(15) defect Structure of Ge(111) / Cubic
pr 2 o 3 (111) / Si(111) Heterostructures:
thickness and Annealing dependence
A. Giussani, p. Zaumseil, p. Rodenbach,
G. Weidner, M.A. Schubert, D. Geiger,
H. lichte, p. Storck, J. Wollschläger,
t. Schroeder
Journal of Applied physics 106, 073502
(2009)
the defect structure of Ge(111) epilayers grown by
molecular beam epitaxy on cubic pr 2 o 3 (111) / Si(111)
support systems was investigated by means of transmission
electron microscopy and laboratory-based
x-ray diffraction techniques. three main types of defects
were identified, namely, rotation twins, microtwins,
and stacking faults, and studied as a function
of Ge film thickness and after annealing at 825 °C in
ultrahigh vacuum. Rotation twins were found to be
localized at the Ge(111) / cubic pr 2 o 3 (111) interface
and their amount could be lowered by the thermal
treatment. Microtwins across {111} were detected
only in closed Ge films, after Ge island coalescence.
the fraction of Ge film volume affected by microtwinning
is constant within the thickness range of ~20–
260 nm. Beyond 260 nm, the density of microtwins
is clearly reduced, resulting in thick layers with a top
part of higher crystalline quality. Microtwins resulted
insensitive to the postdeposition annealing. Instead,
the density of stacking faults across {111} planes
decreases with the thermal treatment. In conclusion,
the defect density was proved to diminish with increasing
Ge thickness and after annealing. Moreover, it
is noteworthy that the annealing generates a tetragonal
distortion in the Ge films, which get in-plane
tensely strained, probably due to thermal mismatch
between Ge and Si.
(16) All-optical wavelength Conversion at
160 GBit / s using an SoA and a Silicon-on-
Insulator photonic Circuit
F. Gomez-Agis, o. Raz, S.J. Zhang,
e. tangdiongga, l. Zimmermann, K. Voigt,
C. Vyrsokinos, l. Stampoulidis, H.J.S. Dorren
electronics letters 45(22), 1132 (2009)
error-free operation of an all-optical wavelength converter
at 160 Gbit / s based on a semiconductor optical
amplifier and a silicon-on-insulator photonic circuit,
consisting of two cascaded Mach-Zehnder delay
interferometers, is demonstrated.
(17) Micro-photoluminescence Spectroscopy
on Metal precipitates in Silicon
p. Gundel, M.C. Schubert, W. Kwapil, J. Schön,
M. Reiche, H. Savin, M. Yli-Koski, J.A. Sans,
G. Martinez-Criado, W. Seifert, W. Warta,
e.R. Weber
physica Status Solidi (RRl)-Rapid Research
letters 3, 230 (2009)
Metallic impurities are detrimental to many silicon
devices and limit the efficiency of multicrystalline silicon
solar cells. therefore they are a major subject of
ongoing research. photoluminescence spectroscopy
is a promising technique for detecting precipitated
metals in silicon because of its sensitivity to the minority
carrier density and to specific types of defects;
however the impact of impurities on the defect luminescence
could not be clarified yet. In this letter we
examine the role of micron-sized iron and copper precipitates
in direct bonded wafers by micro-photoluminescence
spectroscopy. Both kinds of precipitates
are detectable by means of the reduced band-to-band
luminescence. An element-specific effect on the defect
luminescence is observed. the results are confirmed
by X-ray fluorescence spectroscopy.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
8

8 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(18) An X-Band Low-power and Low-phase-
Noise VCo using Bondwire Inductor
K. Hu, F. Herzel, J.C. Scheytt
Advances in Radio Science 7, 243 (2009)
In this paper a low-power low-phase-noise voltagecontrolled-oscillator
(VCo) has been designed and fabricated
in 0.25 µm SiGe BiCMoS process. the resonator
of the VCo is implemented with on-chip MIM capacitors
and a single aluminum bondwire. A tail current filter is
realized to suppress flicker noise up-conversion. the
measured phase noise is -126.6 dBc / Hz at 1 MHz offset
from a 7.8 GHz carrier. the figure of merit (FoM) of
the VCo is -192.5 dBc / Hz and the VCo core consumes
4 mA from a 3.3V power supply. to the best of our
knowledge, this is the best FoM and the lowest phase
noise for bondwire VCos in the X-band. this VCo will be
used for satellite communications.
(19) eBIC / pL Investigations of dislocation
Networks produced by Silicon wafer direct
Bonding
G. Jia, W. Seifert, t. Mchedlidze, t. Arguirov,
M. Kittler, t. Wilhelm, M. Reiche
Superlattices and Microstructures 45, 314
(2009)
Dislocation networks (Dns) formed by silicon wafer
bonding were studied by means of electron Beam Induced
Current (eBIC) and photoluminescence (pl).
the measurements were performed on p–n junction
diode structures prepared by ion implantation. eBIC
signal was observed not only inside the diode structure,
but also far outside the diode area. this finding
demonstrates the ability of the bonding interface to
efficiently collect minority carriers and indicates a
high electrical conductivity of the dislocation network.
In addition, circular inhomogeneities of charge
collection were observed. the contrast of those regions
was bright at high beam energies and turned dark
or vanished at lower energies. the contrast behavior
of the circular areas can be explained by local variations
of collection efficiency and recombination at
the Dn, which might be a result of different density of
oxide precipitates. pl mappings at 0.794 and 1.081 eV
revealed similar circular areas.
(20) Advances in the understanding of oxide
precipitate Nucleation in Silicon
G. Kissinger, D. Kot, V.D. Akhmetov, A. Sattler,
t. Müller, W. von Ammon
eCS transactions 18, 995 (2009)
the influence of vacancy supersaturation installed
by RtA pre-treatments in CZ silicon wafers on oxide
precipitate nucleation was investigated in the temperature
range 700-1000 °C. precipitation is enhanced
at 800 °C and increases with increasing vacancy
concentration. Getter efficiency tests for Cu and ni
have shown that the threshold value of the normalized
inner surface is shifting to higher values for increasing
RtA temperature. this can be explained by a
morphological change of the oxide precipitates with
increasing vacancy concentration from plate-like to
spherical shape.
(21) preface
G. Kissinger
Materials Science and engineering B
159-160, 1 (2009)
(22) dislocations to be used as Active
Components in Novel Silicon devices
M. Kittler, M. Reiche
Advanced engineering Materials 11(4), 249
(2009)
the electrical and optical properties of dislocations
in Si are reviewed, namely dislocation-related recombination
and luminescence, transport of minority and
majority carriers along dislocations or the electric
field around dislocations. It is shown that Si wafer
direct bonding allows well-controlled formation of
dislocation networks, giving rise to adjustable dislocation
properties. Ideas for novel Si devices utilizing
dislocations as active components are presented. In
particular, dislocation-based light emitters at about
1.5 µm wavelength are demonstrated. Concepts for
dislocation-based conductive channels and fast Fets,
manipulators of biomolecules or thermo-electric generators
are sketched.

(23) Silicon Based Ir Light emitters
M. Kittler, t. Mchedlidze, t. Arguirov,
W. Seifert, M. Reiche, t. Wilhelm
physica Status Solidi C 6, 707 (2009)
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
A new concept for Si-based light emitting diodes (leD)
capable of emitting at 1.5 µm is proposed. It utilizes
D-band radiation from dislocations in Si. Whether a
dislocation network created in a reproducible manner
by Si wafer direct bonding or dislocation loops
produced by Si ion implantation are employed. It is
also stated that dislocation loops do not lead to the
strong band-to-band electroluminescence at 1.1 µm
of p-n diodes, as it was predicted in the literature.
A MoS-leD (Fig. A) and p-n leDs emitting at 1.5 µm
are demonstrated by the authors. the maximum efficiency
that could be achieved at room temperature is
close to 1 %. levels in the bandgap which are probably
involved in the formation of the D1-line at 1.5 µm
are revealed. Moreover, the observation of the Stark
effect for the D1-line is reported. namely, a red / blueshift
of peak position was observed in electro- and
photo-luminescence when the electric field in the
p-n leD was increased / lowered. this effect may allow
realization of a novel Si-based light emitter with
electric field modulated emission wavelength.
(24) Comparison of evaluation Criteria for
efficient Gettering of Cu and Ni in Silicon
wafers
D. Kot, G. Kissinger, A. Sattler, W. von Ammon
eCS transactions 25, 67 (2009)
the establishment of an evaluation criterion for efficient
gettering of transition metals is a very important
and difficult issue in the field of defect engineering
on silicon wafers. In this work we present results of
an investigation of the getter efficiency for Cu and ni
on Czochralski silicon wafers containing various concentrations
of oxygen and vacancies. We compare the
results with other works on criteria for efficient gettering
and analyze their strengths and weaknesses.
(25) deposition of BaHfo 3 dielectric Layers for
Microelectronic Applications by pulsed
Injection MoCVd
G. lupina, M. lukosius, Ch. Wenger, p. Dudek,
G. Kozlowski, H.-J. Müssig, A. Abrutis
Chemical Vapor Deposition 15, 167 (2009)
this paper is concerned with the deposition and characterization
of thin layers of BaHfo 3 in the view of
storage capacitor applications in random access memories.
Growth of pure BaHfo 3 was obtained at deposition
temperatures of 600-700 °C using a combination
of Ba(thd) 2 and Hf(thd) 4 precursors. the resulting
layers crystallize in the cubic perovskite structure
and exhibit a dielectric constant of ~35.
(26) dielectric Constant and Leakage Currents
of thin BaZro 3 Layers
G. lupina, J. Dabrowski, p. Dudek,
G. Kozlowski, p. Zaumseil, G. lippert,
o. Fursenko, J. Bauer, C. Baristiran,
H.-J. Müssig
Applied physics letters 94, 152903 (2009)
Dielectric properties of thin (

86 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(27) dielectric properties of thin Hf- and
Zr-based Alkaline earth pervoskite Layers
G. lupina, J. Dabrowski, G. Kozlowksi,
p. Dudek, G. lippert, H.-J. Müssig,
t. Schroeder
eCS transactions 25(6), 147 (2009)
thin layers of high dielectric constant materials are
of special interest for memory, logic, and passive
microelectronic applications. Memory storage capacitors
based on these materials should exhibit high
capacitance densities and low leakage currents. Here,
we investigate a group of Hf- and Zr-based alkaline
earth perovskites for this application. It is found
that thin layers of polycrystalline BaHfo 3 , SrHfo 3 , and
BaZro 3 can provide capacitance densities about 2
times higher than that of amorphous Hfo 2 . post deposition
annealing above ~ 700 °C is a crucial processing
step required for obtaining the cubic perovskite
phase with high dielectric constant.
(28) Hf- and Zr-Based Alkaline earth pervoskite
dielectrics for Memory Applications
G. lupina, J. Dabrowski, G. Kozlowksi,
p. Dudek, G. lippert, p. Zaumseil, H.-J. Müssig
Microelectronic engineering 86(7-9), 1842
(2009)
We investigate a group of Hf- and Zr-based dielectrics
crystallizing in the cubic perovskite structure for
memory applications. the dielectrics are deposited
in the form of thin layers (

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(31) Correlation of electrical and Luminescence
properties of dislocation Networks with its
Microscopic Structure
t. Mchedlidze, t. Wilhelm, t. Arguirov,
M. trushin, M. Reiche, M. Kittler
physica Status Solidi C 6, 1817 (2009)
the direct bonding of Si wafers reproducibly forms
dislocation networks (Dn) with a microscopic structure
defined by the mutual crystallographic orientation
between the pair of wafers used for the bonding
procedure. this allows studying the electrical and
optical properties of specific dislocations. In the present
work three different Dn structures were investigated
using transmission electron microscopy (teM),
photoluminescence (pl) and deep level transient
spectroscopy (DltS). the results show close correlation
between the structural, electrical and optical
properties of dislocations and opens a possibility to
identify structural peculiarities of the dislocations
responsible for the high intensity of photoluminescence.
namely, the obtained results suggest that pl
at ~0.8 eV is related to screw dislocations in Dn.
(32) electroluminescence from p-i-n Structure
Fabricated using Crystalline Silicon on
Glass technology
t. Mchedlidze, t. Arguirov, M. Holla, M. Kittler
Journal of Applied physics 105, 093107
(2009)
Strong electroluminescence was detected at room
temperature from a p-i-n structure fabricated using
crystalline silicon on glass technology. the luminescence
spectra at small to moderate carrier injection
levels contains strong peak with maximum at energy
position e ph ~0.8 eV. Additionally, a broad emission
band in the range of energies 1 eV

88 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(35) Growth of praseodymium oxide on Si(111)
under oxygen deficient Conditions
A. Schaefer, V. Zielasek, th. Schmidt,
A. Sandell, M. Schowalter, o. Seifarth,
l.e. Walle, Ch. Schulz, J. Wollschläger,
t. Schroeder, A. Rosenauer, J. Falta, M. Bäumer
physical Review B 80, 045414 (2009)
Surface science studies of thin praseodymium oxide
films grown on silicon substrates are of high interest
in view of applications in such different fields
as microelectronics and heterogeneous catalysis. In
particular, a detailed characterization of the growth
and the final structure of the films are mandatory to
achieve a fundamental understanding of such topics
as oxygen mobility and defect structure, and their
role for the electronic and chemical properties. In
this paper, the MBe growth of praseodymium oxide
films on Si(111) substrates was investigated at lowdeposition
rates (0.06 nm / min) and low-oxygen partial
pressures (p(o 2 )

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
and single crystalline (i.e. free of stacking twins).
Defect engineering approaches need to be applied
in future to reduce stacking faults (e.g. microtwins)
which are identified as the major defect mechanism
in the epitaxial Si(111) and Ge(111) films.
(37) Ge Integration on Si via rare earth oxide
Buffers : From MBe to CVd
t. Schroeder, A. Giussani, H.-J. Müssig,
G. Weidner, I. Costina, Ch. Wenger,
M. lukosius, p. Storck, p. Zaumseil
Microelectronic engineering 86, 1615 (2009)
Single crystalline rare earth oxide heterostructures
are flexible buffer systems to achieve the monolithic
integration of Ge thin film structures on Si. the development
of engineered oxide systems suitable for
mass-production compatible CVD processes is hereby
of special importance. In this paper, the interaction
of Ge with pro 2 (111) / Si(111) heterostructures is
studied in detail to achieve this goal. MBe based in
situ growth studies unveil the chemical reduction of
the pro 2 buffer during the initial Ge deposition, the
occurrence of a Volmer Weber growth mode of Ge on
the resulting pr 2 o 3 heterostructure and the final formation
of single crystalline, atomically smooth and
c(2 x 8) reconstructed Ge(111) film structures. Comparative
CVD Ge heteroepitaxy studies on MBe grown
pro 2 (111) / Si(111) and pr 2 o 3 (111) / Si(111) buffer
systems indicate that the highly reactive lattice oxygen
of pro 2 plays an active role to avoid during initial
exposure to the reducing ambient of the GeH 4 precursor
chemistry the decomposition of the oxide buffer
system.
(38) dielectric properties of Single Crystalline
pro 2 (111) / Si(111) Heterostructures:
Amorphous Interface and electrical
Instabilities
o. Seifarth, Ch. Walczyk, G. lupina,
J. Dabrowski, p. Zaumseil, G. Weidner,
H.-J. Müssig, t. Schroeder
Journal of Applied physics 106, 104105
(2009)
Single crystalline pro 2 (111) / Si(111) heterostructures
are flexible buffers for global Ge integration on Si. A
combined materials science–electrical characterization
is carried out to study the influence of postdeposition
annealing in 1 bar oxygen at 300–600 °C on
the dielectric properties of pro 2 (111) / Si(111). the
materials science transmission electron microscopy
and x-ray reflectometry studies reveal that postdeposition
oxidation of the pro 2 (111) / Si(111) boundary
results in an amorphous interface (IF) layer, which
grows in thickness with temperature. nondestructive
depth profiling synchrotron radiation-based xray
photoelectron spectroscopy and x-ray absorption
spectroscopy methods demonstrate that this amorphous
IF layer is composed of two pr-silicate phases,
namely, with increasing distance from Si, a Sio 2 -rich
and a Sio 2 -poor pr silicate. the electronic band offset
diagram shows that the wide band gap dielectric pr silicate
results in higher band offsets with respect to Si
than the medium band gap dielectric pro 2 . the electrical
characterization studies by C-V measurements
show that (a) well-behaved dielectric properties of
the pro 2 (111) / IF / Si(111) are achieved in a narrow
postdeposition oxidation window of 400–450 °C
and that (b) defects are distributed over the pr-silicate
IF layer. temperature-dependent J-V studies
report furthermore that the formation of the single
crystalline pro 2 / amorphous pr-silicate bilayer structure
on Si(111) results in (a) improved insulating
properties and (b) strong electrical instability phenomena
in the form of a Maxwell–Wagner instability and
dielectric relaxation.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
89

90 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(39) on the Band Gaps and electronic Structure
of thin Single Crystalline praseodymium
oxide Layers on Si(111)
o. Seifarth, J. Dabrowski, p. Zaumseil,
S. Müller, D. Schmeißer, H.-J. Müssig,
t. Schroeder
Journal of Vacuum Science and technology B
27, 271 (2009)
the influence of stoichiometry and crystal structure
on the electronic properties of single crystalline
cubic pro 2 (111), cubic pr 2 o 3 (111), and hexagonal
pr 2 o 3 (0001) thin film heterostructures on Si(111) was
investigated by synchrotron radiation based photoemission
electron spectroscopy (peS) and x-ray absorption
spectroscopy (XAS). A detailed analysis of
the complex satellite structures of peS pr 3d lines of
the various pr oxide phases is given. peS was in addition
applied to study the o 2p derived valence band
structure and the positions of the occupied pr 4f state
density. It is found by a combined peS-XAS study that
especially the band gap values strongly depend on the
stoichiometry and crystal structure of the single crystalline
pr oxide layer. Furthermore, the close structure
relationship between cubic pr 2 o 3 (111) and pro 2 (111)
films is probably the reason for the detection of nonstoichiometric
behavior, an effect which is far less
pronounced in case of hexagonal pr 2 o 3 (0001) layers.
A possible origin of this effect is given by a surface
modified valence change and therefore of importance
to understand in future the epitaxial overgrowth of
these oxide buffer heterostructures by alternative semiconductors
such as germanium.
(40) Synchrotron Microscopy and Spectroscopy
for Analysis of Crystal defects in Silicon
W. Seifert, o. Vyvenko, t. Arguirov, A. erko,
M. Kittler, C. Rudolf, M. Salome, M. trushin,
I. Zizak
physica Status Solidi C 6, 765 (2009)
the paper discusses the synchrotron-based microprobe
techniques XBIC (X-ray beam induced current), -
XRF (X-ray fluorescence microscopy) and -XAS (X-ray
absorption microspectroscopy) and their application
for studying electrical activity of defects and preci-
pitation of transition metals in Si materials. Investigations
were performed on samples of block-cast
multicrystalline Si and on model samples cut from a
bonded monocrystalline wafer. to analyze the precipitation
sites, ni, Cu and Fe were introduced intentionally
into the samples. the detected precipitates
were found to consist of silicides. evidence for metal
precipitates was also found in virtually uncontaminated
as-grown block-cast Si. Besides ni precipitates
detected at a recombination active grain boundary,
particles containing one or several metals (Cu, Fe, ti,
V) were observed. unexpectedly, these particles seem
to exhibit low only recombination activity. Further
studies are necessary to identify their nature.
(41) Synchrotron-based Investigation of Iron
precipitation in Multicrystalline Silicon
W. Seifert, o. Vyvenko, t. Arguirov, M. Kittler,
M. Salome, M. Seibt, M. trushin
Superlattices and Microstructures 45, 168
(2009)
We report on investigations of the precipitation of
iron in block-cast multicrystalline silicon using the
techniques of X-ray beam induced current, X-ray fluorescence
microscopy and X-ray absorption microspectroscopy.
the samples studied were intentionally
contaminated with iron and annealed at temperatures
between 850 and 1050 °C. Annealing at 950 °C was
found to lead to well detectable iron precipitation
inside the grains and at grain boundaries. Small only
iron clusters were detected after the 850 °C anneal
while no iron clusters were found after the 1050 °C
treatment. X-ray absorption near edge structure analyses
of the iron clusters revealed mostly iron silicide
and in one case iron oxide. under the given condition
at the beamline, the detection sensitivity for iron
was estimated to be 4×10 7 atoms, corresponding to a
spherical FeSi 2 particle of 40 nm radius.

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(42) thermal oxidation of CVd Grown tungsten
Layers on Si Substrates for embedded
Non-Volatile Memory Application
R. Sohal, Ch. Walczyk, p. Zaumseil,
D. Wolansky, A. Fox, B. tillack, H.-J. Müssig,
t. Schroeder
thin Solid Films 517, 4534 (2009)
this research is targeted to enhance the functionality
of bipolar complementary metal-oxide-semiconductor
by innovative concepts of embedded resistive
random access memory (RRAM) cells integration in
the backend-of-line (Beol) region. the material of
our interest is tungsten oxide as an insulator in RRAM
cells and we focussed on the growth and characterisation
of closed tungsten oxide layers. In this materials
science study, we investigated the tungsten
oxidation process under Beol constraints (

92 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(45) Combined XBIC / µ-XrF / µ-XAS / dLtS
Investigation of Chemical Character and
electrical properties of Cu and Ni
precipitates in Silicon
M. trushin, o. Vyvenko, W. Seifert, M. Kittler,
I. Zizak, A. erko, M. Seibt, C. Rudolf
physica Status Solidi C 6, 1868 (2009)
Combination of DltS method and synchrotron-based
analytical microprobe techniques was used to study
the precipitation of Cu and ni atoms at two kinds of
structural defects in silicon lattice: dislocation network
created by direct wafer bonding and oxygeninduced
microdefects. Results of our measurements
revealed the difference in the preferred precipitation
places: ni particles in form of niSi 2 were found only at
the dislocation network, while Cu particles in form of
Cu 3 Si were found both at the dislocation network and
at the oxygen-induced microdefects. DltS measurements
showed ni acceptor levels in ni contaminated
sample and a broad band related to Cu precipitates in
Cu contaminated one. In case of simultaneous Cu and
ni contamination niSi 2 and Cu 3 Si precipitates were
found definitely at the same places indicating therefore
that the metals interact during precipitation.
DltS showed the superposition of spectra for only ni
and for only Cu contaminated samples.
(46) Iron-oxygen Interaction in Silicon: A
Combined XBIC / XrF-eBIC-dLtS Study of
precipitation and Complex Building
M. trushin, o. Vyvenko, W. Seifert, G. Jia,
M. Kittler
physica B: Condensed Matter 404, 4645
(2009)
Iron–oxygen interaction in the Czochralski-grown silicon
(CZ-Si) giving rise to their final precipitated state
was investigated by means of a combination of electrical
and element-sensitive techniques. the samples
studied were intentionally contaminated with iron at
1150 °C and then they were annealed at temperatures
of 850 and 950 °C to stimulate precipitate formation.
Fe-related defect levels in silicon band gap and spatial
distributions of iron-related precipitates were monitored
after each annealing step. It was found that
FeB-pairs being the dominant defects in as-contaminated
sample transformed completely to the stable
Feo-related complexes that served as precursors for
further iron–oxygen co-precipitation.
(47) pulse-Induced Low-power resistive
Switching in Hfo 2 Metal-Insulator-Metal
diodes for Nonvolatile Memory Applications
Ch. Walczyk, Ch. Wenger, R. Sohal,
M. lukosius, A. Fox, J. Dabrowski, D. Wolansky,
B. tillack, H.-J. Müssig, t. Schroeder
Journal of Applied physics 105, 114103
(2009)
the conduction process as well as the unipolar resistive
switching behavior of Au / Hfo 2 / tin metal-insulator-metal
structures were investigated for future
nonvolatile memory applications. With current-voltage
measurements performed at different temperatures
(200 – 400 K), the poole–Frenkel effect as
conduction process was identified. In particular, we
extracted a trap energy level at Φ t =0.35±0.05 eV below
the Hfo 2 conduction band to which a microscopic
origin is tentatively assigned. From current-voltage
measurements of Au / Hfo 2 / tin structures, low-power
(as low as 120 µW) resistive switching was observed.
the required forming process is shown to be an
energy-induced phenomenon. the characteristics
include electric pulse-induced resistive switching
by applying pulses up to 100 µs and a retention time
upon continuous nondestructive readout of more
than 10 4 s.
(48) Band Alignment and electron traps in y 2 o 3
Layers deposited on (100) Si
W.-Ch. Wang, M. Badylevich, V.V. Afanas‘jev,
A. Stesmans, S. Van elshocht, M. lukosius,
Ch. Walczyk, Ch. Wenger
Applied physics letters 95, 132903 (2009)
Y 2 o 3 films deposited by atomic vapor deposition on
(100)Si with a 2 or 5 nm thick pregrown thermal Sio 2
are investigated as possible charge trapping layers.
Analysis of these structures using spectroscopic ellipsometry,
photoconductivity, and internal photoemission
reveals that Y 2 o 3 has a 5.6 eV wide optical

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
bandgap and a 2.0 eV conduction band offset with silicon.
photo(dis)charging experiments show that the
optical energy depth of most of the traps exceeds 1.5
eV with respect to the Y 2 o 3 conduction band, explaining
the observed charge retention time of ~10 8 s at
room temperature, even in the absence of a blocking
insulator.
(49) postdeposition Annealing Induced
transition from Hexagonal pr 2 o 3 to Cubic
pro 2 Films on Si(111)
t. Weisemoeller, F. Bertram, S. Gevers,
A. Greuling, C. Deiter, H. tobergte,
M. neumann, A. Giussani, t. Schroeder,
J. Wollschläger
Journal of Applied physics 105, 124108
(2009)
Films of hexagonal praseodymium sesquioxide
(h-pr 2 o 3 ) were deposited on Si(111) by molecular
beam epitaxy and thereafter annealed in 1 atm oxygen
at different temperatures, ranging from 100 to
700 °C. the films of the samples annealed at 300 °C
or more were transformed to pro 2 with B-oriented
Fm3 - m structure, while films annealed at lower temperatures
kept the hexagonal structure. the films are
composed of pro 2 and pro 2-delta species, which coexist
laterally and are tetragonally distorted due to the interaction
at the interface between oxide film and Si
substrate. Compared to pro 2 , pro 2-delta has the same cubic
structure but with oxygen vacancies. the oxygen
vacancies are partly ordered and increase the vertical
lattice constant of the film, whereas the lateral lattice
constant is almost identical for both species and
on all samples. the latter lattice constant matches
the lattice constant of the originally crystallized hexagonal
praseodymium sesquioxide. that means that
no long range reordering of the praseodymium atoms
takes place during the phase transformation.
(50) the Influence of the electrode Material on
Hfo 2 MIM Capacitors
Ch. Wenger, M. lukosius, H.-J. Müssig, G. Ruhl,
S. pasko, Ch. lohe
Journal of Vacuum Science and technology B
27, 286 (2009)
tan and tin are investigated as bottom electrode
materials for Metal-Insulator-Metal (MIM) capacitors
applications. Atomic Vapour Deposited (AVD) Hfo 2
films are used as high-k dielectric. the influence of
the interfacial layer between Hfo 2 and the bottom
electrode on the electrical performance of MIM capacitors
is evaluated. the capacitance density as well as
the capacitance voltage linearity of high-k MIM capacitors
is affected by the electrode material. there
is also an impact by tan and tin on leakage current
density and breakdown strength of the devices.
(51) the role of the Hfo 2 -tiN Interface in
Voltage Nonlinearities of Metal-Insulator-
Metal Capacitors
Ch. Wenger, M. lukosius, H.-J. Müssig,
S. pasko, Ch. lohe
thin Solid Films 517, 6334 (2009)
the high-k Metal-Insulator-Metal (MIM) capacitor
Back-end-of-line (Beol) integration into mixed signal
and Radio Frequency (RF) circuits is characterized
by the effort toward optimizing the capacitance
voltage linearity. this letter is focused on the role of
the tio x n y -based interfacial layer with respect to Capacitance-Voltage
C(V) curves of Au / Hfo 2 / tin MIM
capacitors. the correlation between the quadratic
capacitance-voltage variation and interfacial layer
thickness is demonstrated. the quadratic voltage
coefficient of the dielectric stack can be reduced by
increasing the thickness of the tio x n y layer.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
9

9 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(52) Impact of ti Sputter target denitration
on the Crystallographic orientation of
Single ti Layers and ti / tiN / AlCu Layer
Stacks for different oxides
D. Wolansky, p. Zaumseil
Journal of electronic Materials 38(6), 717
(2009)
the impact of ti sputter target denitridation on the
crystallographic orientation of single ti layers and
ti / tin / Al layer stacks was studied for three different
underlayers: tetraethyl orthosilicate (teoS)-based
chemical vapor deposition (CVD) oxide, silane-based
high-density plasma (HDp) CVD oxide, and thermal
oxide. A clear correlation was found between ti crystal
orientation and ti sputter target conditioning as
well as oxide underlayer. the ti crystal orientation
determines the orientation of the Al in the ti / tin / Al
layer stacks. the most perfect Al(111) orientation
in ti / tin / Al layer stacks was found for a ti layer
sputtered on teoS oxide after a ti target denitridation
of more than 5 s.
(53) epitaxial Growth of Si / SiGe into Cavity
Formed by Selective etching of SiGe
Y. Yamamoto, K. Köpke, G. Weidner, B. tillack
Solid State electronics 53, 824 (2009)
epitaxial growth of Si:C, Si or SiGe in the cavity formed
by selective vapor phase etching of sacrificial SiGe
layer by HCl using a RpCVD system was investigated.
the sacrificial SiGe layer was etched with very high
selectivity. epitaxial Si was deposited into the selectively
etched cavity by non-selective and selective
deposition processes. Weak strain contrast was observed
by teM at the interface where the growthfronts
from top and bottom of the cavity were meeting each
other. no or weak strain contrast was observed in the
Si cap layer at middle to shallow part of the cavity.
By non-selective SiGe growth, the SiGe layer was deposited
on the Si cap layer only. the Si cap layer on
the cavity seems to be bended and pressed down in
the early stage of non-selective SiGe growth. on the
other hand, in the case of selective SiGe growth, the
cavity was filled. Strain contrast was observed by teM
in the Si cap layer on selectively grown SiGe. Bending
of Si cap layer after selective SiGe growth was increased
with increasing Ge concentration, indicating that
tensile strain was generated by SiGe growth in the
cavity.
(54) Minority Carrier Conductive Channel
Formed at a direct Silicon-Bonded
Interfacial Grain Boundary
X. Yu, W. Seifert, o. Vyvenko, M. Kittler
Scripta Materialia 61, 828 (2009)
We have demonstrated that a direct silicon-bonded
interfacial grain boundary (GB) acts as an electrically
conductive channel for minority carriers. this
conductive channel is attributed to the formation of
an inversion layer, resulting in an anomalous bright
electron-beam-induced current contrast of the GB
observed outside the collection diode. the charging
at GB states related to interfacial dislocations and
oxygen precipitates is found to cause a large potential
barrier, which is responsible for the formation of
an inversion layer.
(55) A Complex X-ray Structure Characterization
of Ge thin Film Heterostructures
Integrated on Si(001) by Aspect ratio
trapping and epitaxial Lateral overgrowth
Selective Chemical Vapor deposition
techniques
p. Zaumseil, t. Schroeder, J.-S. park,
J.G. Fiorenza, A. lochtefeld
Journal of Applied physics 106, 093524
(2009)
the development of Ge thin film substrates with low
defect densities is of interest for future microelectronics
as well as photovoltaics. this paper presents
a complex x-ray characterization of Ge heterostructures,
which were integrated on patterned Si(001)
substrates using “aspect ratiotrapping (ARt)” and
“epitaxial lateral overgrowth (elo).” In both cases,
thermal Sio 2 layers were patterned into trenches
with appropriate aspect ratio to confine misfit dislocations.
In the case of ARt Ge thin films grown in
180 nm spaced trenches, the x-ray characterization
reveals that the Ge coalescence process between

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
neighboring growth windows must be carefully controlled
to avoid defect generation. In the case of elo
Ge heterostructures grown from trenches spaced by
20 µm, coalescence effects are clearly reduced but
complications are detected in the form of lattice plane
tilt in the elo wings. Simulations are applied to
unveil the influence of the different thermal expansion
coefficients of Ge, Si, and Sio 2 on the strain status
of the ARt and elo Ge heterostructures.
(56) Synchrotron X-ray Characterization of
Structural defects in epi-
Ge / pr 2 o 3 / Si(111) Layer Stacks
p. Zaumseil, A. Giussani, p. Storck,
t. Schroeder
Journal of physics D 42, 215411 (2009)
epi-Ge / pr 2 o 3 / Si(111) layer structures were studied
by synchrotron grazing incidence diffraction to analyse
the structural perfection of the top epi-Ge and
the oxide buffer layer independently. the dominating
features for the epi-Ge layer are pronounced streaks
of diffuse scattering in the (111) directions that are
caused by microtwins and stacking faults lying in the
{111} glide planes 70.5° tilted to the wafer surface.
It is confirmed that grains of type Borientation in
the epi-Ge layer are located near the oxide–Ge interface
only. the fewnanometres thick pr 2 o 3 buffer layer
shows similar streaks of diffuse scattering indicating
a high concentration of structural defects in the tilted
{111} planes. the relatively poor crystallographic
quality of the oxide layer with an in-plane domain
size of about 35 nm, a mosaicity of 0.7° and a strain
variation of 0.8 % is discussed as a possible reason
for structural imperfections in the upper epi-Ge layer.
Measurements on samples with different epi-Ge thicknesses
show that the epi-Ge layer has no influence on
the strain state of the pr 2 o 3 buffer layer.
(57) X-ray Characterization of epi-
Ge / pr 2 o 3 / Si(111) Layer Stacks by pole
Figures and reciprocal Space Mapping
p. Zaumseil, A. Giussani, p. Rodenbach,
t. Schroeder
physica Status Solidi A 208, 1809, (2009)
An epi-Ge / pr 2 o 3 / Si(111) layer structure prepared
by consecutive steps of epitaxial deposition and annealing
is used to demonstrate the possibility of a
complex characterization by combination of different
X-ray diffraction techniques. especiallypole figure
measurements, reciprocal space mapping (RSM) and
high resolution (HR) θ / 2θ scans at selected inclined
netplanes were successfully used to determine the inplane
lattice orientation of the layers relative to the
substrate, the strain state of all layers and the structural
perfection ofthe epi-Ge film. It was found that
the major part of the epi-Ge layer has the same type
A stacking orientation as the Si substrate, but about
0.6 % is of type B. the pr 2 o 3 buffer layer exhibits type
B only. the strain state of oxide and epi-Ge was determined,
and a small difference in the lattice constant
of type A and B epi-Ge was found. Microtwins lying
ininclined {111} planes were unambiguously identified
by pole figure measurements as the dominating
structural defects in the epi-Ge layer. they cause a
characteristic scattering patternin reciprocal space
maps. the proposed combination of X-ray techniques
allows a relatively fast, integral and non-destructive
analysis of heteroepitaxial semiconductor oxide semiconductorstructures.
(58) C-Band optical 90°-Hybrids Based on
Silicon-on-Insulator 4 x 4 waveguide
Couplers
l. Zimmermann, K. Voigt, G. Winzer,
K. petermann, C.M. Weinert
Ieee photonics technology letters 21(3), 143
(2009)
We demonstrate 4x4 multimode interference couplers
in a silicon-on-insulator rib waveguide technology
that enable compact integrated fully passive optical
90°-hybrid devices with operation across the cband.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
9

96 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(59) A Subharmonic Front-end in SiGe:C
technology for 94-GHz Imaging Arrays
e. Öjefors, J. Borngräber, F. Korndörfer,
u. pfeiffer
International Journal of Microwave and
Wireless technologies 1, 369 (2009)
the design of a subharmonic downconverter for 94-
GHz imaging arrays in SiGe:C technology is presented.
A three-stage differential low-noise amplifier (lnA)
with lumped matching networks is used together with
a subharmonic mixer driven by a single-pole localoscillator
poly-phase network to form the front-end.
the lnA yields 15 dB gain at 94 GHz, while the mixer
provides 5 dB conversion gain over a 10 GHz IF bandwidth.
the integrated downconverter provides 20 dB
conversion gain at 94 GHz with an input 1-dB compression
point of -31 dBm and has a current consumption
of 45 mA at a 3.3 V supply voltage. the total required
die area of the complete downconverter (excluding pad
frame) is 0.1 mm, thus making it particularly suitable
as a front-end in multi-channel receiver systems.
(60) optical efficiency enhancement techniques
for thin Film Solar Cells
J. Bauer, o. Fursenko, R. Gupta, J. Schneider,
B. Gruska, S. Rolle, D. Stolarek
proc. 5 th Workshop ellipsometry, 37 (2009)
(61) Mikroviskosimeter zur kontinuierlichen
Glucosemessung bei diabetis mellitus
M. Birkholz, K.-e. ehwald, R. ehwald,
M. Kaynak, J. Borngräber, J. Drews, u. Haak,
J. Klatt, e. Matthus, G. Schoof, K. Schulz,
B. tillack, W. Winkler, D. Wolansky
proc. Mikrosystemtechnik-Kongress 2009,
Berlin, VDe-Verl., 124 (2009)
(62) Konvergenz in Sicht: zur gemeinsamen
perspektive von Mikroelektronik und
Biotechnologie
M. Birkholz
lIFIS online, 1 (2009)
(63) Millisecond Annealing of High-performance
SiGe HBts
D. Bolze, J. Gelpey, S. McCoy, W. lerch
proc. 17 th Ieee International Conference
on Advanced thermal processing of
Semiconductors, Rtp 2009, 85 (2009)
(64) A Cross-Layer Approach for data
replication and Gathering in decentralized
Long-Living wireless Sensor Networks
M. Brzozowski
proc. of the 9 th International Symposium on
Autonomous Decentralized Systems, 49 (2009)
(65) Completely distributed Low duty Cycle
Communication for Long-Living Sensor
Networks
M. Brzozowski, H. Salomon, p. langendörfer
proc. 7 th Ieee / IFIp International
Conference on embedded and ubiquitous
Computing (euC-9), 109 (2009)
(66) on prolonging Sensornode Gateway
Lifetime by Adapting its duty Cycle
M. Brzozowski, p. langendörfer
proc. WWIC 2009, 7 th International
Conference on Wired / Wireless Internet
Communications, Berlin, Springer, lnCS 5546,
24 (2009)
(67) Impact of Si Cap Layer Growth on Surface
Segregation of p Incorporated by Atomic
Layer doping
Y. Chiba, M. Sakuraba, B. tillack, J. Murota
proc. 6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6), abstr.,
88 (2009)
(68) Advanced process Modules and
Architectures for Half-tetrahertz
SiGe: HBts
S. Decoutere, S. Van Huylenbroeck,
B. Heinemann, A. Fox, p. Chevalier, A. Chantre,
t.F. Meister, K. Aufinger, M. Schröter
proc. Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and
technology Meeting (BCtM), 9 (2009)

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(69) pushing Speed Limits of SiGe:C HBts up to
0.5 tHz
S. Decoutere, S. Van Huylenbroeck,
B. Heinemann, A. Fox, p. Chevalier, A. Chantre,
t.F. Meister, K. Aufinger, M. Schröter
proc. 2009 Ieee Custom Integrated Circuits
Conference (CICC), (2009)
(70) 60 GHz Impairments Modeling
V. erceg, M. Messe, A. tarighat, M. Boers,
J. trachewsky, Ch.-S. Choi
proc. Ieee 802.11 Meeting, (2009)
(71) Analysis and optimization of pausible
Clocking Based GALS design
X. Fan, M. Krstic, e. Grass
proc. Ieee International Conference on
Computer Design (ICCD), (2009)
(72) plasmachemische Strukturierung von Hfo 2
als MIM-dielektrikum
M. Fraschke, H.H. Richter, M. lukosius,
Ch. Wenger, D. Wolansky, St. Marschmeyer,
I. Costina
proc. 14. Fachtagung plasmatechnologie, 86
(2009)
(73) effect of Surface roughness and oxidation
on evaluation of optical Constants of
Silicides
o. Fursenko, J. Bauer, I. Costina, G. Weidner
proc. 5 th ellipsometry Workshop, 55 (2009)
(74) Cdp-Application of Focus drilling
S. Geisler, J. Bauer, u. Haak, K. Schulz, G. old,
e. Matthus
proc. of the 25 th european Mask and
lithography Conference (eMlC 2009),
abstr. book, 57 (2009)
(75) eASy-A 60 GHz Broadband Links
e. Grass
proc. BMBF Statusseminar, (2009)
(76) A wireless Sensor Network Architecture for
Homeland Security Application
A. Grilo, p. langendörfer, A. Casaca
proceedings of the 8 th International
Conference on Ad hoc networks and Wireless,
Springer lnCS, (2009)
(77) Lateral Inductive Coupling for Interchip
Communication
H. Gustat, V. Bhaya, e. Karge
proc. Ieee Semiconductors Conference (SCD),
(2009)
(78) power Consumption Aspects of FIr Filter
Implementations for 100 Gb / s dQpSK
receivers
H. Gustat, J.C. Scheytt, F. Winkler
proc. Ieee Semiconductors Conference (SCD),
(2009)
(79) An Integrated 18 GHz Fractional-N-pLL in
SiGe BiCMoS technology for Satellite
Communications
F. Herzel, S. A. osmany, K. Schmalz,
W. Winkler, J.C. Scheytt, t. podrebersek,
R. Follmann, H.-V. Heyer
proc. Ieee RFIC, 329 (2009)
(80) Heavy Carbon Atomic-Layer doping at
Si 1-x Ge x / Si Heterointerface
t. Hirano, M. Sakuraba, B. tillack, J. Murota
proc. 6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6), abstr.,
p90 (2009)
(81) Heavy Nitrogen Atomic-Layer doping of
Si 1-x Ge x epitaxially Grown on Si(100) by
ultraclean Low-pressure CVd
t. Kawashima, M. Sakuraba, B. tillack,
J. Murota
proc. 6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6), abstr.,
86 (2009)
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
97

98 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(82) Compact rF Model for S-parameter
Characteristics of rFMeMS Capacitive
Switches
M. Kaynak, S. Zihir, Y. Gurbuz, B. tillack
proc. Mikrosystemtechnik-Kongress 2009,
Berlin, VDe-Verl., 606 (2009)
(83) BeoL embedded rF-MeMS Switch for
mm-wave Applications
M. Kaynak, K.-e. ehwald, J. Drews, R.F. Scholz,
F. Korndörfer, D. Knoll, B. tillack, R. Barth,
M. Birkholz, K. Schulz, Y.M. Sun, D. Wolansky,
S. leidich, S. Kurth
proc. International electron Devices Meeting
(IeDM 2009), technical Digest, 797 (2009)
(84) High-Q passives for mm-wave SiGe
Applications Compact
M. Kaynak, C. Wipf, R.F. Scholz, B. tillack,
W.-G. lee, S. Kim, J.J. Yoo, J.W. Kim
proc. Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and
technology Meeting (BCtM), 194 (2009)
(85) An uwB receiver Front-end for Low data
rate wireless personal Area Networks
o. Klymenko
proc. Ieee Mtt-S International Microwave
Workshop on Wireless Sensing, local positioning,
and RFID, p-1 (2009)
(86) ultra High Speed wireless Communication
in the 250 - 300 GHz Band: Challenges and
road Blocks
R. Kraemer
proc. of 2009 5th Joint Symposium on
opto- & Micro-electronic Devices and Circuits
(SoDC), 105 (2009)
(87) enablers for Ambient Services & Systems
60 GHz Broadband Links-project overview
R. Kraemer
proc. BMBF-Statusseminar, (2009)
(88) Hybrid Integrated 40 Gb / s dpSK receiver
on SoI
M. Kroh, G. unterborsch, G. tsianos, R. Ziegler,
A.G. Steffan, H.-G. Bach, J. Kreissl, R. Kunkel,
G.G. Mekonnen, W. Rehbein, D. Schmidt,
R. ludwig, K. petermann, J. Bruns, t. Mitze,
K. Voigt, l. Zimmermann
proc. of the Conference on optical Fiber
Communication (oFC 2009), 1 (2009)
(89) GALS Systems Applied for eMI reduction
t. Krol, M. Krstic, X. Fan, e. Grass
proc. pAtMoS, (2009)
(90) GALS for Bursty data transfer Based on the
Clock Coupling
M. Krstic, X. Fan, e. Grass, F. Gürkaynak
electronic notes in theoretical Computer
Science, entCS17588, 245, 103 (2009)
(91) Customizing Sensor Nodes and Software for
Individual pervasive Health Applications
p. langendörfer, F. Vater, K. piotrowski
proc. 3 rd International Conference on pervasive
Computing technologies for Healthcare, (2009)
(92) Cost-effective Integration of rF-LdMoS
transistors in 0.13 µm-CMoS technology
A. Mai, H. Rücker, R. Sorge, D. Schmidt, C. Wipf
proc. Ieee SiRF, 189 (2009)
(93) Impact of the drift region profile on
performance and reliability of rF-LdMoS
transistors
A. Mai, R. Sorge, H. Rücker
proc. International Symposium for power
Semiconductor Devices (ISpSD 09), 189
(2009)
(94) dry Chemical opening of emitter windows
of High Speed pnp SiGe:C HBts in a
Complementary BiCMoS technology
St. Marschmeyer, B. Heinemann
proc. 19 th ISpC (International Symposium
on plasma Chemistry), book of abstracts, 514
(2009)

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(95) A High Band Impulse radio uwB transmitter
for Communication and Localization
D. Martynenko, G. Fischer, o. Klymenko
proc. 2009 Ieee International Conference on
ultra-Wideband (ICuWB), 359 (2009)
(96) Network Centric Core Avionics
S. Montenegro, G. Schoof, e. Haririan
proc. Data Systems in Aerospace (DASIA), 63
(2009)
(97) Heavily B Atomic-Layer doping
Characteristics in Si epitaxial Growth on
Si(100) using electron-Cyclotronresonance
Ar plasma
t. nosaka, M. Sakuraba, B. tillack, J. Murota
proc. 6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6), abstr.,
p21 (2009)
(98) performance and design of Ir-uwB
transceiver Baseband for wireless Sensors
S. olonbayar, D. Kreiser, R. Kraemer
proc. Ieee International Conference on ultra-
Wideband (ICuWB), 809 (2009)
(99) Adaptive pruning of event decision trees
for energy efficient Collaboration in event
driven wSN
St. ortmann, M. Maaser, p. langendörfer
proc. SensorFusion ‚ 09: 3 rd International
Workshop on Information Fusion and Dissemination
in Wireless Sensor networks, in
conjunction with MobiQuitous ‚ 09, (2009)
(100) An Integrated 0.6-4.6 GHz, 10-14 GHz, and
20-28 GHz Frequency Synthesizer for
Software-defined radio Applications
S.A. osmany, F. Herzel, J.C. Scheytt
proc. Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and
technology Meeting (BCtM), 39 (2009)
(101) An engineering Approach for Secure and
Safe wireless Sensor and Actuator
Networks for Industrial Automation
Systems
St. peter, o. Stecklina, p. langendörfer
proc. 14 th Ieee International Conference on
emerging technologies and Factory Automation
(etFA), (2009)
(102) Sicherheits-engineering am Beispiel von
drahtlos angebundenen Sensor / Aktor-
Systemen in der Automatisierungstechnik
St. peter, F. Vater, p. langendörfer
SpS / IpC / Drives, elektrische Automatisierung,
Fachmesse und Kongress, tagungsband,
229 (2009)
(103) tinydSM: A Highly reliable Cooperative
data Storage for wireless Sensor Networks
K. piotrowski, p. langendörfer, St. peter
proc. of the Ieee International Symposium on
Collaborative technologies and Systems (CtS),
225 (2009)
(104) An oFdM Baseband receiver for Shortrange
Communication at 60 GHz
M. piz, M. Krstic, M. ehrig, e. Grass
proc. Ieee International Symposium on
Circuits and Systems (ISCAS), 409 (2009)
(105) Next-Generation wireless oFdM System
for 60-GHz Short-range Communication at
a data rate of 2.6 GBit / s
M. piz, e. Grass, M. Marinkovic, R. Kraemer
proc. 14 th International oFDM-Workshop
(InoWo‘09), 15 (2009)
(106) plasma Chemical etching of High-k
dielectric Hfo 2 Films for technological
Applications
H.H. Richter, M. Fraschke, M. lukosius, Ch.
Wenger, D. Wolansky, J. Berthold,
S. Marschmeyer, I. Costina
proc. 17 th International Colloquium on plasma
processes, abstr. 237 (2009)
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
99

(107) A 0.13 µm SiGe BiCMoS technology for
mm-wave Mixed-Signal Applications
H. Rücker, B. Heinemann, A. Mai, B. tillack
proc. Ieee 16 th International Conference
on Mixed Design of Integrated Circuits and
Systems (Mixdes), 19 (2009)
(108) A 0.13 µm SiGe BiCMoS technology
Featuring f t / f max of 240 / 330 GHz and
Gate delays below 3ps
H. Rücker, B. Heinemann, W. Winkler,
R. Barth, J. Borngräber, J. Drews, G.G. Fischer,
A. Fox, t. Grabolla, u. Haak, D. Knoll,
F. Korndörfer, A. Mai, S. Marschmeyer,
p. Schley, D. Schmidt, J. Schmidt, K. Schulz,
B. tillack, D. Wolansky, Y. Yamamoto
proc. Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and
technology Meeting (BCtM), 166 (2009)
(109) Micro-raman Mapping of residual Stresses
in Multicrystalline Block Cast Silicon Solar
Cell Material: their relation to the Grain
Boundary Microstructure and
recombination Activity
G. Sarau, M. Becker, S. Christiansen, M. Holla,
W. Seifert
proc. 24 th european Solar energy Conference,
969 (2009)
(110) Integrierter Frequenzagiler Synthesizer
J.C. Scheytt, S. A. osmany, F. Herzel,
G. Fischer, G. Kaminski, W. eckl, H. Schlesinger
proc. 13. Statusseminar Mobile Kommunikation,
(2009)
(111) A 122 GHz receiver in SiGe technology
K. Schmalz, W. Winkler, J. Borngäber,
W. Debski, B. Heinemann, J.C. Scheytt
proc. Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and
technology Meeting (BCtM), 182 (2009)
00 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(112) Fault-tolerant ASIC design for High System
dependability
G. Schoof
Advanced Microsystems for Automotive
Applications 2009 : Smart Systems for Safety,
Sustainability, and Comfort / eds.: G. Meyer,
J. Valldorf, W. Gessner, Berlin, Springer, 369
(2009)
(113) Single Crystalline oxide Heterostructures:
A Flexible Buffer Approach for SiGe
Integration on Si
t. Schroeder, A. Giussani, p. Zaumseil,
I. Costina, J. Dabrowski, o. Seifarth,
H.-J. Müssig, p. Storck
proc. 6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6), abstr.,
147 (2009)
(114) Fe / Cu precipitation at Si Nitride and Si
Carbide particles in Intentionally
Contaminated Block Cast Si
W. Seifert, J. Bauer, A. erko, M. Holla,
B. Gründig-Wendrock, M. Kittler, C. Knopf,
G. Martinez-Criado, M. trushin, o. Vyvenko,
I. Zizak
proc. 3 rd International Workshop on
Crystalline Si Solar Cells, 3, 40 / 1 (2009)
(115) Architecture of an Analog Combining MIMo
System Compliant to Ieee 802.11a
Z. Stamenkovic, K. tittelbach-Helmrich,
M. Krstic, J. perez, J. Via, J. Ibanez
proc. ICt-Mobile Summit, (2009)
(116) Combining Internal Scan Chains and
Boundary Scan register: A Case Study
Z. Stamenkovic, M. Giles, F. Russi
proc. Ieee Region 8 euRoCon International
Conference, (2009)

e r S C H I e N e N e p u B L I K A t I o N e N – p u B L I S H e d p A p e r S
(117) MAC protocol Implementation in rF-MIMo
wLAN
Z. Stamenkovic, e. Miletic, M. obrknezev,
K. tittelbach-Helmrich
proc. 16 th Ieee International Conference on
electronics, Circuits and Systems, 303 (2009)
(118) Control of Group IV Semiconductor
processing on Atomic Scale
B. tillack, Y. Yamamoto, J. Murota
proc. 1 st International Workshop on Si based
nano-electronics and -photonics (Sinep), 71
(2009)
(119) optimization of Graded Index
Antireflection Coatings for polychromatic
Illumination
S. Virko, J. Bauer, o. Fursenko
proc. 5 th ellipsometry Workshop, 47 (2009)
(120) SoI platform for High Speed all optical
wavelength Conversion
K. Voigt, l. Zimmermann, G. Winzer, t. Mitze,
K. petermann, J. Kreissl, e. tangdiongga,
K. Vyrsokinos, l. Stampoulidis
proc. Ieee International Conference on Group
IV photonics, 101(2009)
(121) resistive Switching in Hfo 2 for Non-
Volatile Memory Applications
Ch. Walczyk, Ch. Wenger, M. lukosius,
I. Costina, S. Schulze, u. Kaletta, D. Wolansky,
B. tillack, e. Miranda, t. Schroeder
proc. 3 rd International Conference on new
technologies, Mobility and Security (nVtMS
2009), 3-4 (2009)
(122) 122 GHz Low-Noise Amplifier in SiGe
technology
W. Winkler, W. Debski, B. Heinemann,
F. Korndörfer, H. Rücker, K. Schmalz,
J.C. Scheytt, B. tillack
proc. 35 th european Solid-State Circuits
Conference (eSSCIRC ), 316 (2009)
(123) HdL-Synthese und Simulation von Hochgeschwindigkeits-digitalschaltungen
mit
gemischten CMoS- und eCL-Bibliotheken
F. Winkler, G. Kell, o. Schrape, H. Gustat,
u. Jagdhold
Methoden und Beschreibungssprachen zur
Modellierung und Verifikation von Schaltungen
und Systemen. - Carsten Gremzow,
nico Moser (Hrsg.), tu Berlin, 137 (2009)
(124) thermal Limits for Integration of directly
Modulated Lasers with driver IC on SoI
B. Wohlfeil, l. Zimmermann, K. petermann,
J. Kreissl, H. Gustat
proc. of the Conference on optical Fiber Communication
(oFC), 1 (2009)
(125) Atomic Layer doping of B in Ge
Y. Yamamoto, K. Köpke, R. Kurps, J. Murota,
B. tillack
proc. 6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6), abstr.,
74 (2009)
(126) ultra Low Cost Asynchronous Handshake
Checker
St. Zeidler, M. ehrig, M. Krstic, M. Augustin,
Ch. Wolf, R. Kraemer
proc. 15 th Ieee International on-line test
Symposium (IoltS´09), 262 (2009)
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
0

Eingeladene Vorträge
Invited presentations
02 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e I N G e L A d e N e V o r t r ä G e – I N V I t e d p r e S e N t A t I o N S
(1) 60-GHz SiGe radio and oFdM Baseband
Implementation for Gbps wLAN
Applications
Ch.-S. Choi, e. Grass
International Microwave Symposium (IMS)
Workshop 2009, Boston,
June 07 - 12, 2009, uSA
(2) Group-II Hafnate, Zirconate High-k
dielectrics for MIM Applications:
the defect data Issue
J. Dabrowski, p. Dudek, G. Kozlowski,
G. lupina, G. lippert, R. Schmidt,
Ch. Walczyk, Ch. Wenger
eCS Fall Meeting, Vienna,
october 04 - 09, 2009, Austria
(3) Group-II Hafnate, Zirconate, and
tantalate High-k dielectrics for MIM
Applications: the defect data Issue
J. Dabrowski, p. Dudek, G. Kozlowski,
G. lupina, G. lippert, R. Schmidt,
Ch. Walczyk, Ch. Wenger
8 th Symposium on Diagnostics & Yield,
Warsaw, June 22 - 24, 2009, poland
(4) Advanced process Modules and
Architectures for Half-tetrahertz
SiGe: HBts
S. Decoutere, S. Van Huylenbroeck,
B. Heinemann, A. Fox, p. Chevalier, A. Chantre,
t.F. Meister, K. Aufinger, M. Schröter
Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and
technology Meeting (BCtM) 2009, Capri,
october 13 - 14, 2009, Italy
(5) A Chemical and Structural Characterization
of Ge(111) / Cubic pr 2 o 3 (111) / Si(111)
Heterostructures
A. Giussani, p. Zaumseil, G. Weidner,
H.-J. Müssig, t. Schroeder
Surface Science Seminar, osnabrück,
April 27, 2009, Germany
(6) eBIC untersuchungen an ausgedehnten
defekten
M. Holla, M. Kittler, W. Seifert, G. Jia
Seminar, Fraunhofer Institut für Integrierte
Systeme und Bauelementetechnologie,
erlangen, April 20, 2009, Germany
(7) Advances in the understanding of oxide
precipitate Nucleation in Silicon
G. Kissinger, D. Kot, V.D. Akhmetov, A. Sattler,
t. Müller, W. von Ammon
International Semiconductor technology
Conference & China Semiconductor technology
International Conference (IStC / CStIC)
2009, Shanghai, March 19 - 20, 2009, China
(8) Silicon Light emitters using d-Band
Luminescence of dislocations
M. Kittler
1 st International Workshop on Si Based
nano-electronics and -photonics”,
(Sinep-09), Vigo,
September 20 - 23, 2009, Spain
(9) Challenges for wireless 100 Gb / s
transmission from System down to IC Level
R. Kraemer
Ieee SCD-Semiconductors Conference
Dresden 2009, April 29 - 30, 2009, Germany
(10) High performance wireless LANs: Gigabit
Speed at 60 GHz and uwB
R. Kraemer
17 th telecommunications Forum, Belgrade,
november 24 - 26, 2009, Serbia
(11) tANdeM: An Approach to Construct Smart
Sensor Networks from Building Blocks
R. Kraemer, p. langendörfer
Signal processing - Algorithms, Architectures,
Arrangements, and Applications (SpA 2009),
poznan, September 24 - 26, 2009, poland

e I N G e L A d e N e V o r t r ä G e – I N V I t e d p r e S e N t A t I o N S
(12) wireless Gigabit System for Short range
and Backhaul Communication at 60 GHz
R. Kraemer, e. Grass, J.C. Scheytt
electrical and electronic engineering for
Communication (eeefCoM 2009), ulm,
June 24 - 25, 2009, Germany
(13) wSAN4CIp wireless Sensor and Actuator
Networks for the protection of Critical
Infrastructures
p. langendörfer
Concertation Meeting on Wireless Sensor
networks and Cooperating objects, Brussels,
March 05, 2009, Belgium
(14) wireless Sensor and Actuator Networks
Chance or risk for Critical Infrastructure
protection
p. langendörfer
4 th German-norwegian Security Conference,
Berlin, December 02, 2009, Germany
(15) Höchstfrequenz-Schaltkreise und
-technologien
W. Mehr
Vortrag bei der Mitgliederversammlung
VDe / VDI etV in Berlin,
March 21, 2009, Germany
(16) photovoltaik in Brandenburg – Forschung,
Netzwerke, Ausblick
W. Mehr
Symposium photovoltaik in Mitteldeutschland
– Quo Vadis, Dresden,
August 26, 2009, Germany
(17) Atomically Controlled CVd processing for
doping of Si-based Group IV Semiconductors
J. Murota, M. Sakuraba, B. tillack
216 th eCS Meeting, Vienna,
october 04 - 09, 2009, Austria
(18) A 0.13 µm SiGe BiCMoS technology for
mm-wave Mixed-Signal Applications
H. Rücker, B. Heinemann, A. Mai, B. tillack
Ieee 16 th International Conference on Mixed
Design of Integrated Circuits and Systems
(Mixdes 2009), lodz,
June 25 - 26, 2009, poland
(19) design of Integrated SiGe Frequency
Synthesizers for Communications
J.C. Scheytt, S. osmany, F. Herzel
Ieee Semiconductors Conference Dresden
2009 (SCD), April 29 - 30, 2009, Germany
(20) Integrierter Frequenzagiler Synthesizer
J.C. Scheytt, S. A. osmany, F. Herzel,
G. Fischer, G. Kaminski, W. eckl,
H. Schlesinger
13. Statusseminar Mobile Kommunikation,
Dresden, June 18 - 19, 2009, Germany
(21) mm-wave Sensor and Communications
Components at 60, 94, and 122 GHz in
SiGe BiCMoS technology
J.C. Scheytt
Workshop Wireless Multi-Gigabit Systems, tu
Braunschweig, July 02, 2009, Germany
(22) Complex oxide Heterostructures: A Flexible
Buffer Approach
t. Schroeder
Hamburger Synchrotron Radiation laboratory
Seminar, February 06, 2009, Germany
(23) Complex oxide Heterostructures: A Flexible
Buffer Approach for Germanium and GaN
Integration on Silicon
t. Schroeder
paul Drude Institutsseminar, Berlin,
September 14, 2009, Germany
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
0

0 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
e I N G e L A d e N e V o r t r ä G e – I N V I t e d p r e S e N t A t I o N S
(24) engineered Si wafers: Semiconductor
epitaxy on Single Crystalline oxides
t. Schroeder
Wilhelm and else Heraeus physics School:
nano-scaled oxides – Big opportunities in
Small Structures, Bad Honnef,
August 02 - 08, 2009, Germany
(25) engineered Si wafers: oxide
Heterostructures as Flexible Buffers
t. Schroeder
Wilhelm and else Heraeus physics School:
nano-scaled oxides – Big opportunities in
Small Structures, Bad Honnef,
August 02 - 08, 2009, Germany
(26) physical Characterization of thin oxide
Films: overcoming experimental Limits in
Xrd and XpS
t. Schroeder
40 th Ieee Semiconductor Interface Specialists
Conference (SISC 2009), Washington,
December 03 - 05, 2009, uSA
(27) rare earth oxide Heterostructures:
Versatile Buffers for Ge Integration on Si
t. Schroeder, A. Giussani, p. Zaumseil,
J. Dabrowski, p. Storck, H.-J. Müssig
InFoS 2009, Cambridge, June 29 - July 01, 2009, uK
(28) Semiconductor / Insulator / Si Heterostructures:
on the physics of oxide and
Semiconductor
t. Schroeder
Solid State physics Seminar, tu Darmstadt,
october 26, 2009, Germany
(29) Single Crystalline oxide Heterostructures:
A Flexible Buffer Approach for SiGe
Integration on Si
t. Schroeder, A. Giussani, p. Zaumseil,
I. Costina, J. Dabrowski, o. Seifarth,
H.-J. Müssig, p. Storck
6 th International Conference on Silicon epitaxy
and Heterostructures (ICSI-6), los Angeles,
May 17 - 22, 2009, uSA
(30) Single Crystalline Si / Insulator /
Si Heterostructures: Structure, defects and
Strain Analysis by Complex X-ray diffraction
t. Schroeder, A. Giussani, B. Dietrich,
H.-J. Müssig, J. Dabrowski, p. Storck,
p. Zaumseil
e-MRS Spring Meeting, Strasbourg,
June 08 - 12, 2009, France
(31) defektuntersuchungen an multikristallinem
Solar-Silizium mittels eBIC,
Lumineszenz und Synchrotrontechniken
W. Seifert
Ipe-Kolloquium, Stuttgart,
June 22, 2009, Germany
(32) Synchrotron Microscopy and Spectroscopy
for Analysis of Solar Si
W. Seifert, o. Vyvenko, t. Arguirov, M. trushin,
M. Kittler
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
(33) tool-supported Composition of Software
Modules for Safe and Secure wireless
Sensor Networks
p. Steffen
trustsoft - Graduate School on trustworthy
Software Systems, university of oldenburg,
June 19, 2009, Germany
(34) 60 GHz transceiver Frontends in SiGe
BiCMoS for Gbps wireless Communication
Y. Sun
Workshop on SiGe-Based Millimeterwave
Circuits and Systems, university of erlangennürnberg,
May 29, 2009, Germany
(35) Atomic Layer doping for Future Si Based
devices
B. tillack, Y. Yamamoto
ultra large Scale Integrated Circuits Conference
(ulSI), Xi‘an, July 05 - 10, 2009, China

e I N G e L A d e N e V o r t r ä G e – I N V I t e d p r e S e N t A t I o N S
(36) Base doping and dopant profile Control of
SiGe npn and pnp HBts
B. tillack, B. Heinemann, D. Knoll, H. Rücker,
Y. Yamamoto
5 th International Symposium on Control of
Semiconductors Interfaces, tokyo university,
november 12, 2009, Japan
(37) Control of Group IV Semiconductor
processing on Atomic Scale
B. tillack, Y. Yamamoto, J. Murota
1 st International Workshop on Si based
nano-electronics and -photonics –
(Sinep ‚ 09), Vigo,
September 20 - 23, 2009, Spain
(38) SiGe BiCMoS technologies for High
Frequency Applications
B. tillack
Sabanci university of Istanbul,
April 15, 2009, turkey
(39) Nano-Science oxide Approaches for Future
Nonvolatile Memory device Concepts
Ch. Walczyk, Ch. Wenger, t. Schroeder
Wilhelm and else Heraeus physics School:
nano-scaled oxides – Big opportunities in
Small Structures, Bad Honnef, August 02 - 08,
2009, Germany
(40) oxide-Based Nonvolatile Memory
technologies in Si Microelectronics
Ch. Walczyk, Ch. Wenger, t. Schroeder
Wilhelm and else Heraeus physics School:
nano-scaled oxides – Big opportunities in
Small Structures, Bad Honnef,
August 02 - 08, 2009, Germany
(41) Moderne Bauelemente – Architekturen und
Materialien
Ch. Wenger
tu Dresden, June 05, 2009, Germany
(42) Moderne transistoren-Grenzfrequenzen
Ch. Wenger
namlab Dresden, november 11, 2009, Germany
(43) Nicht-lineares Spannungsverhalten von
dünnschichtkondensatoren - Modell und
Anwendung
Ch. Wenger
tu Dresden, April 20, 2009, Germany
(44) A Complex X-ray Characterization of
epitaxially Grown Semiconductor-oxide-
Semiconductor Structures
p. Zaumseil
Institutsseminar, Charles university prague,
May 19, 2009, Czech Republic
(45) Laboratory-based Characterization of
Heteroepitaxial Structures: Advanced
experiments not needing Synchrotron
radiation
p. Zaumseil
Denver X-Ray Conference, Colorado Springs,
July 27 - 31, 2009, uSA
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
0

Vorträge
presentations
(1) Formation of Vacancy and oxygen
Containing Complexes in Cz-Si by rapid
thermal Annealing
V.D. Akhmetov, G. Kissinger, W. von Ammon
25 th International Conference on Defects in
Semiconductors (ICDS-25), St. petersburg,
July 20 - 24, 2009, Russia
(2) rtA Induced transformations of oxygen in
Cz-Si revealed by precise FtIr
V.D. Akhmetov, G. Kissinger, W. von Ammon
46. treffen des Arbeitskreises punktdefekte,
Dresden, March 27 - 28, 2009, Germany
(3) optimization of the Luminescence
properties of Silicon diodes produced by
Implantation and Annealing
t. Arguirov, t. Mchedlidze, M. Reiche,
M. Kittler
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
(4) mm-wave and Logic Acceleration
techniques for 100 Gbit decision Feedback
equalizer
A. Awny, A. thiede, F. Korndörfer, J.C. Scheytt
the German Microwave Conference (GeMiC)
2009, Munich, March 16 - 18, 2009, Germany
(5) Characterization of Sr-ta-o Films based on
Spectroscopic techniques
C. Baristiran Kaynak, M. lukosius, I. Costina,
Ch. Wenger, C. Borschel, C. Ronning
e-MRS Spring Meeting, Strasbourg,
June 08 - 12, 2009, France
06 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(6) Characterization of Sr-ta-o Films for MIM
Applications
C. Baristiran Kaynak, M. lukosius, Ch. Wenger
DpG Spring Meeting, Dresden,
March 22 - 27, 2009, Germany
(7) optical efficiency enhancement techniques
for thin Film Solar Cells
J. Bauer, o. Fursenko, R. Gupta, J. Schneider,
B. Gruska, S. Rolle, D. Stolarek
5 th Workshop ellipsometry, Zweibrücken,
March 02 - 04, 2009, Germany
(8) Corrosion-resistant Metal Layers from a
CMoS process for Bioelectronic Applications
M. Birkholz, K.-e. ehwald, D. Wolansky,
I. Costina, C. Baristiran-Kaynak, M. Fröhlich,
H. Beyer, F. lisdat
e-MRS Spring Meeting 2009, Symposium p:
protective Coatings and thin Films,
Strasbourg, June 08 - 12, 2009, France
(9) Glucoplant – Implantierbarer
Glucosenseonsor für diabetesdiagnostik
und -therapie
M. Birkholz
MeDICA VISIon : Intelligente Implantate
(Workshop), Düsseldorf,
november 19, 2009, Germany
(10) Mikroelektronik für die Biotechnologie
M. Birkholz
naturwissenschaftstag, Albert-Schweitzer-
Gymnasium eisenhüttenstadt,
november 24, 2009, Germany

(11) Mikroviskosimeter zur kontinuierlichen
Glucosemessung bei diabetis Mellitus
M. Birkholz, K.-e. ehwald, R. ehwald,
M. Kaynak, J. Borngräber, J. Drews, u. Haak, J.
Klatt, e. Matthus, G. Schoof, K. Schulz,
B. tillack, W. Winkler, D. Wolansky
Mikrosystemtechnik-Kongress 2009, Berlin,
october 12 - 14, 2009, Germany
(12) Minimal-invasiver Blutzuckersensor (MIBS)
M. Birkholz
BMBF Biotechnologie projektforum auf der
Biotechnica 2009, Hannover,
october 07, 2009, Germany
(13) Minimal-invasiver Glucosesensor – eine
entwicklung aus Berlin-Brandenburg
M. Birkholz
technologieforum In Vitro-Diagnostik und
Bioalanytik, potsdam-Golm,
May 19, 2009, Germany
(14) Separation of extremely Miniaturized
Medical Sensors by Ir Laser dicing
M. Birkholz, K.-e. ehwald, M. Kaynak,
t. Semperowitsch, B. Holz, S. nordhoff
e-MRS Spring Meeting 2009, Symposium Q:
laser and plasma processing for Advanced
Materials, Strasbourg,
June 08 - 12, 2009, France
(15) Millisecond Annealing of High-performance
SiGe HBts
D. Bolze, J. Gelpey, S. McCoy, W. lerch
26. treffen der nutzergruppe Rtp & 42.
treffen der nutzergruppe Ionenimplantation,
Bochum, november 12, 2009, Germany
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(16) Millisecond Annealing of High-performance
SiGe HBts
D. Bolze, J. Gelpey, S. McCoy, W. lerch
17 th Ieee International Conference on
Advanced thermal processing of
Semiconductors (Rtp 2009), Albany,
September 29 - october 02, 2009, uSA
(17) 4-bit, 16GS / s AdC with new parallel
reference Network
Y. Borokhovych, H. Gustat, J.C. Scheytt
Ieee International Conference on Microwaves,
Communications, Antennas and electronic
Systems (CoMCAS 2009), tel-Aviv,
november 09 - 11, 2009, Israel
(18) rF-Hardware Components for uwB
Localisation and Sensing
Y. Borokhovych, J.C. Scheytt
ukoloS-HaloS Spp, erlangen,
February 26, 2009, Germany
(19) A Cross-Layer Approach for data
replication and Gathering in decentralized
Long-Living wireless Sensor Networks
M. Brzozowski, K. piotrowski, p. langendörfer
the 9 th International Symposium on
Autonomous Decentralized Systems,
Athens, March 23 - 25, 2009, Greece
(20) Completely distributed Low duty Cycle
Communication for Long-Living Sensor
Networks
M. Brzozowski, H. Salomon, p. langendörfer
7 th Ieee / IFIp International Conference on
embedded and ubiquitous Computing
(euC-9), Vancouver,
August 29 - 31, 2009, Canada
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
07

(21) on prolonging Sensornode Gataway
Lifetime by Adapting its duty Cycle
M. Brzozowski, p. langendörfer
7 th International Conference on Wired / Wireless
Internet Communications (WWIC 2009),
twente, May 27 - 29, 2009, the netherlands
(22) design of Bipolar differential opAmps with
unity Gain Bandwidth up to 23 GHz
A. Budyakov, K. Schmalz, n.n. prokopenko,
J.C. Scheytt, p. ostrovsky
4 th european Conference on Circuits and
Systems for Communications (eCCSC‘08),
Bucharest, July 10 - 11, 2009, Romania
(23) Korngrenzenuntersuchungen an
polykristallinen Si-Solarzellen mit einem
Synchrotron-Mikrostrahl
G. Buzanich, H. Riesemeier, M. Radtke,
u. Reinholz, M. Kittler, W. Seifert
Seminar Moderne analytische Methoden der
physik, tu Berlin,
november 17, 2009, Germany
(24) Impact of Si Cap Layer Growth on Surface
Segregation of p Incorporated by Atomic
Layer doping
Y. Chiba, M. Sakuraba, B. tillack, J. Murota
6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6),
los Angeles, May 17 - 22, 2009, uSA
(25) performance evaluation of Gbps oFdM pHy
Layers for 60 GHz wireless LAN Systems
Ch.-S. Choi, M. piz, F. Herzel, e. Grass
Ieee International Symposium on personal,
Indoor and Mobile Radio Communication
(pIMRC), tokyo,
September 13 - 16, 2009, Japan
08 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(26) pushing Speed Limits of SiGe:C HBts up to
0.5 tHz
S. Decoutere, S. Van Huylenbroeck,
B. Heinemann, A. Fox, p. Chevalier, A. Chantre,
t.F. Meister, K. Aufinger, M. Schröter
2009 Ieee Custom Integrated Circuits
Conference (CICC), San Jose,
September 13 - 16, 2009, uSA
(27) Junction Isolation Single event Hardening
of a 200 GHz SiGe:C HBt technology
without deep trench Isolation
R.M. Diestelhorst, S. phillips, A. Appaswamy,
A.K. Sutton, J.D. Cressler, J.A. pellish,
R.A. Reed, G. Vizkelethy, p.W. Marshal,
H. Gustat, B. Heinemann, G.G. Fischer,
D. Knoll, B. tillack
Ieee the nuclear and Space Radiation effects
Conference (nSReC 09), Quebec,
July 19 - 23, 2009, Canada
(28) C-AFM Characterization of High-k dielectric
Films Grown by Molecular Beam deposition
p. Dudek, J. Dabrowski, G. Kozlowski,
G. lupina, G. lippert, H.-J. Müssig
DpG Frühjahrstagung Dresden,
March 23, 2009, Germany
(29) C-AFM Characterization of High-k dielectric
Films Grown by Molecular Beam deposition
p. Dudek, R. Schmidt, J. Dabrowski,
G. Kozlowski, G. lippert, G. lupina,
H.-J. Müssig
nanoscale VII Conference, Santa Barbara,
July 30, 2009, uSA
(30) electronic Structure and dielectric
properties of MBe Grown Hfo 2 based
Alkaline earth perovskites
p. Dudek, G. lupina, G. Kozlowski,
J. Dabrowski, G. lippert, H.-J. Müssig,
D. Schmeißer, t. Schroeder
5 th Workshop Advanced nanomaterials,
Btu Cottbus, november 03, 2009, Germany

(31) MIMo radios for Next Generation wLANs
R. eickhoff, F. ellinger, R. Kraemer,
I. Santamaria
electrical and electronic engineering for
Communication (eeefCoM 2009), ulm,
June 24 - 25, 2009, Germany
(32) 60 GHz Impairments Modeling
V. erceg, M. Messe, A. tarighat, M. Boers,
J. trachewsky, Ch.-S. Choi
Ieee 802.11 Meeting, Atlanta,
november 2009, uSA
(33) Analysis and optimization of pausible
Clocking Based GALS design
X. Fan, M. Krstic, e. Grass
Ieee International Conference on Computer
Design (ICCD), California,
october 04 - 07, 2009, uSA
(34) thermal Capacitance Cth - its
determination and Influence on transistor
and Circuit performance
G.G. Fischer
AK Bipolar, FH Würzburg,
october 22, 2009, Germany
(35) plasmachemische Strukturierung von Hfo 2
als MIM-dielektrikum
M. Fraschke, H.H. Richter, M. lukosius,
Ch. Wenger, D. Wolansky, St. Marschmeyer,
I. Costina
14. Fachtagung plasmatechnologie,
Wuppertal, March 02, 2009, Germany
(36) theoretical Study on equilibrium
Concentrations of Nitrogen-related
defects in CZ and FZ Silicon
n. Fujita, R. Jones, G. Kissinger
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(37) effect of Surface roughness and oxidation on
evaluation of optical Constants of Silicides
o. Fursenko, J. Bauer, I. Costina, G. Weidner
5 th ellipsometry Workshop, Zweibrücken,
March 02 - 04, 2009, Germany
(38) Cdp - Application of Focus drilling
S. Geisler, J. Bauer, u. Haak, K. Schulz, G. old,
e. Matthus
the 25 th european Mask and lithography
Conference (eMlC 2009), Dresden,
January 12 - 15, 2009, Germany
(39) Heteroepitaxial Integration of Single
Crystalline Ge(111) Layers on Si(111)
Substrates via Cubic pr oxide Buffers
A. Giussani, p. Zaumseil, A. Schubert,
G. Weidner, R. Kurps, D. Geiger, H. lichte,
J. Wollschläger, p. Storck, t. Schröder
HSC10: Synchrotron Radiation techniques
Contribution to nanoscience, Grenoble,
May 18 - 22, 2009, France
(40) X-ray-based Structure Characterization
of Ge(111) / Cubic pr 2 o 3 (111) / Si(111)
Heterostructures
A. Giussani, p. Zaumseil, G. Weidner,
H.-J. Müssig, p. Storck, t. Schroeder
e-MRS Spring Meeting, Strasbourg,
June 08 - 12, 2009, France
(41) eASy-A 60 GHz Broadband Links
e. Grass
BMBF Statusseminar, Dresden,
June 19, 2009, Germany
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
09

(42) Lateral Inductive Coupling for Interchip
Communication
H. Gustat, V. Bhaya, e. Karge
Ieee Semiconductors Conference Dresden
2009 (SCD), April 29 - 30, 2009, Germany
(43) power Consumption Aspects of FIr Filter
Implementations for 100 Gb / s dQpSK
receivers
H. Gustat, J.C. Scheytt, F. Winkler
Ieee Semiconductors Conference Dresden
2009 (SCD), April 29 - 30, 2009, Germany
(44) An Integrated 18 GHz Fractional-N-pLL in
SiGe BiCMoS technology for Satellite
Communications
F. Herzel, S. A. osmany, K. Schmalz,
W. Winkler, J.C. Scheytt, t. podrebersek,
R. Follmann, H.-V. Heyer
Ieee RFIC 2009, Boston,
June 07 - 09, 2009, uSA
(45) Status SiGe projekte
H.-V. Heyer, J.C. Scheytt
Industriekonferenz eee-Bauteile oberpfaffenhofen,
February 03, 2009, Germany
(46) Heavy Carbon Atomic-Layer doping at
Si 1-x Ge x / Si Heterointerface
t. Hirano, M. Sakuraba, B. tillack, J. Murota
6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6),
los Angeles, May 17 - 22, 2009, uSA
(47) Analysis of Silicon Carbide and Silicon
Nitride precipitates in Block Cast
Multicrystalline Silicon
M. Holla, t. Arguirov, W. Seifert, M. Kittler
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
0 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(48) defect Characterization of poly-Ge and
VFG-Grown Ge Material
M. Holla, t. Arguirov, G. Jia, M. Kittler,
C. Frank-Rotsch, F.M. Kiessling, p. Rudolph
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
(49) An Adjustable delay Cell at 1.4 GHz
M. Hossain, n. Fiebig, J.C. Scheytt
Kleinheubacher tagung, Miltenberg,
September 28 - october 01, 2009, Germany
(50) overview of MAC Layer enhancements for
Ieee 802.15.4a
J. Hund, R. Kraemer, C. Schwingenschlögl,
A. Heinrich
6 th Workshop on positioning, navigation and
Communication 2009 (WpnC‘09), Hannover,
March 19, 2009, Germany
(51) edX an prozess-Artefakten in einer
0,13 µm BiCMoS technologie
W. Höppner
Anwendertreffen Mikroanalyse, Institut für
Gießereitechnik, Düsseldorf,
April 21 - 22, 2009, Germany
(52) Heavy Nitrogen Atomic-Layer doping of
Si 1-x Ge x epitaxially Grown on Si(100) by
ultraclean Low-pressure CVd
t. Kawashima, M. Sakuraba, B. tillack,
J. Murota
6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6),
los Angeles, May 17 - 22, 2009, uSA

(53) BeoL embedded rF-MeMS Switch for
mm-wave Applications
M. Kaynak, K.-e. ehwald, J. Drews, R.F. Scholz,
F. Korndörfer, D. Knoll, B. tillack, R. Barth,
M. Birkholz, K. Schulz, Y.M. Sun, D. Wolansky,
S. leidich, S. Kurth
International electron Devices Meeting
(IeDM 2009), Baltimore,
December 07 - 09, 2009, uSA
(54) 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
(55) High-Q passives for mm-wave SiGe
Applications Compact
M. Kaynak, C. Wipf, R.F. Scholz, B. tillack,
W.-G. lee, S. Kim, J.J. Yoo, J.W. Kim
2009 Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and
technology Meeting (BCtM 2009), Capri,
october 13 - 14, 2009, Italy
(56) A Novel time-domain representation for
Chromatic dispersion in Single-mode Fibers
M. Khafaji, H. Gustat
5 th Workshop on Analogue Integrated Circuit
Design, tu Dresden,
February 09, 2009, Germany
(57) Advances in the understanding of oxide
precipitate Nucleation in Silicon
G. Kissinger, D. Kot, V.D. Akhmetov, A. Sattler,
t. Müller, W. von Ammon
e-MRS Spring Meeting, Strasbourg,
June 08 - 12, 2009, France
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(58) rate equation Modeling, Ab Initio
Calculation, and High Sensitive FtIr
Investigations of the early Stages of oxide
precipitation in Vacancy-rich CZ Silicon
G. Kissinger, J. Dabrowski, V.D. Akhmetov,
A. Sattler, D. Kot, W. von Ammon
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
(59) An uwB receiver Front-end for Low data
rate wireless personal Area Networks
o. Klymenko, D. Martynenko, G. Fischer
Ieee Mtt-S International Microwave Workshop
on Wireless Sensing, local positioning,
and RFID, Cavtat,
September 24 - 25, 2009, Croatia
(60) A Compact, Low-power 40 Gbit / s
differential Laser driver in SiGe BiCMoS
technology
Ch. Knochenhauer, St. Hauptmann,
J.C. Scheytt, F. ellinger
euMW 2009, Rom,
September 28 - october 02, 2009, Italy
(61) Advances in the understanding of oxide
precipitate Nucleation in Silicon
D. Kot, G. Kissinger, V.D. Akhmetov, A. Sattler,
t. Müller, W. von Ammon
Arbeitskreis punktdefekte, Dresden,
March 27, 2009, Germany
(62) Comparison of evaluation Criteria for
efficient Gettering of Cu and Ni in Silicon
wafers
D. Kot, G. Kissinger, A. Sattler, W. von Ammon
216 th eCS Meeting 2009, Vienna,
october 04 - 09, 2009, Austria
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9

(63) evaluation Criteria for efficient Gettering
Applied for Cu and Ni Impurities in Si wafers
D. Kot, G. Kissinger, M.A. Schubert, A. Sattler,
W. von Ammon
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
(64) Simulation of trap Assisted Leakage
through thin dielectric Films
G. Kozlowski, J. Dabrowski
e-MRS Spring Meeting, Strasbourg,
June 08 - 12, 2009, France
(65) the Influence of Charged traps on Leakage
Current through thin dielectric Films
G. Kozlowski, J. Dabrowski, G. lupina,
G. lippert, p. Dudek, H.J. Müssig
DpG Frühjahrstagung, Dresden,
March 22 - 27, 2009, Germany
(66) enablers for Ambient Services & Systems
60 GHz Broadband Links - project overview
R. Kraemer
BMBF-Statusseminar, Dresden,
June 19, 2009, Germany
(67) ultra High Speed wireless Communication
in the 250 - 300 GHz Band: Challenges and
road Blocks
R. Kraemer
5 th Joint Symposium on opto- & Microelectronic
Devices and Circuits (SoDC 09),
Bejing, May 10 - 15, 2009, China
(68) GALS Systems Applied for eMI reduction
t. Krol, M. Krstic, X. Fan, e. Grass
pAtMoS 2009, Delft,
September 09 - 11, 2009, the netherlands
2 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(69) GALS for Bursty data transfer Based on the
Clock Coupling
M. Krstic, X. Fan, e. Grass, F. Gürkaynak
4 th International Workshop on Formal Methods
for Globally Asynchronous locally
Synchronous Design (FMGAlS‘09), A DAte ‚ 09,
nice, April 24, 2009, France
(70) Customizing Sensor Nodes and Software for
Individual pervasive Health Applications
p. langendörfer, F. Vater, K. piotrowski
3 rd International Conference on pervasive
Computing technologies for Healthcare 2009,
london, April 01 - 03, 2009, uK
(71) design of a Novel Cascoded CMoS opAmp
with High Gain and ± 1.5V power Supply
Voltage
B. lipka, u. Kleine, J.C. Scheytt, K. Schmalz
16 th International Conference Mixed Design of
Integrated Circuits and Systems, lodz,
June 25 - 27, 2009, poland
(72) AVd Growth and properties of titanium
Nitride Metal electrodes for MIM Capacitors
M. lukosius, Ch. Wenger, M. Fraschke,
H.-J. Müssig
e-MRS Spring Meeting, Strasbourg,
June 08 - 12, 2009, France
(73) High performance MIM Capacitors with
Atomic Vapour deposited Hfo 2 dielectrics
M. lukosius, Ch. Wenger, H.-J. Müssig
DpG Spring Meeting, Dresden,
March 22 - 27, 2009, Germany
(74) dielectric properties of thin Hf- and
Zr-based Alkaline earth pervoskite Layers
G. lupina, J. Dabrowski, G. Kozlowksi,
p. Dudek, G. lippert, H.-J. Müssig,
t. Schroeder
216 th eCS Meeting, Vienna,
october 04 - 09, 2009, Austria

(75) Hf- and Zr-Based Alkaline earth pervoskite
dielectrics for Memory Applications
G. lupina, J. Dabrowski, G. Kozlowksi,
p. Dudek, G. lippert, p. Zaumseil, H.-J. Müssig
InFoS 2009, Cambridge,
June 29 - July 1, 2009, uK
(76) Integration of poly CMp with oxide CMp on
200 mm AMAt Contour tool
H. Ma, H. Silz
23 rd CMp users Meeting, Dresden,
october, 09, 2009, Germany
(77) Cost-effective Integration of rF-LdMoS
transistors in 0.13 µm - CMoS technology
A. Mai, H. Rücker, R. Sorge, D. Schmidt,
C. Wipf
Ieee SiRF 2009, San Diego,
January 19 - 21, 2009, uSA
(78) Impact of the drift region profile on
performance and reliability of rF-LdMoS
transistors
A. Mai, R. Sorge, H. Rücker
International Symposium for power Semiconductor
Devices 2009 (ISpSD 09), Barcelona,
June 14 - 18, 2009, Spain
(79) dry Chemical opening of emitter windows
of High Speed pnp SiGe:C HBts in a
Complementary BiCMoS technology
St. Marschmeyer, B. Heinemann
19 th ISpC (International Symposium on plasma
Chemistry), Bochum,
July 26 - 31, 2009, Germany
(80) A High Band Impulse radio uwB
transmitter for Communication and
Localization
D. Martynenko, G. Fischer, o. Klymenko
2009 Ieee International Conference on ultra-
Wideband (ICuWB), Vancouver,
September 09 - 11, 2009, Canada
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(81) Characterization of thin Film photovoltaic
Material using photoluminescence and
raman Spectroscopy
t. Mchedlidze, t. Arguirov,
S. Kouteva-Arguirova, M. Kittler
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
(82) Correlation of Luminescence properties of
a dislocation Network with its Microscopic
Structure
t. Mchedlidze, t. Arguirov, o. Kononchuk,
M. Reiche, M. Kittler
Arbeitskreis punktdefekte, Dresden,
March 27, 2009, Germany
(83) determination of the origin of dislocation
related Luminescence from Silicon using
regular dislocation Networks
t. Mchedlidze, o. Kononchuk, t. Arguirov,
M. trushin, M. Reiche, M. Kittler
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
(84) Investigations of Model Grain Boundaries
in Silicon
t. Mchedlidze, t. Arguirov, M. trushin,
o. Kononchuk, M. Reiche, M. Kittler
project Meeting SolarFocus, Apolda,
March 18, 2009, Germany
(85) prospects of Light Induced Solid phase
Crystallization for Si based thin-Film
Materials
t. Mchedlidze, M. Kittler
Kick-off Meeting of project SInoVA, Aachen,
June 17, 2009, Germany
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9

(86) Si / Sio 2 MQw Stacks for 3 rd Generation
pV Applications
t. Mchedlidze, t. Arguirov, M. Kittler
Meeting with Conergy, Cottbus,
January 09, 2009, Germany
(87) Network Centric Core Avionics
S. Montenegro, G. Schoof, e. Haririan
Data Systems in Aerospace (DASIA 2009),
Istanbul, May 26 - 29, 2009, turkey
(88) Heavily B Atomic-Layer doping
Characteristics in Si epitaxial Growth on
Si(100) using electron-Cyclotronresonance
Ar plasma
t. nosaka, M. Sakuraba, B. tillack, J. Murota
6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6),
los Angeles, May 17 - 22, 2009, uSA
(89) performance and design of Ir-uwB
transceiver Baseband for wireless Sensors
S. olonbayar, D. Kreiser, R. Kraemer
Ieee International Conference on ultra-
Wideband (ICuWB 2009), Vancouver,
September 09 - 11, 2009, Canada
(90) Adaptive pruning of event decision trees
for energy efficient Collaboration in event
driven wSN
St. ortmann, M. Maaser, p. langendörfer
SensorFusion ‚ 09: 3 rd International Workshop
on Information Fusion and Dissemination in
Wireless Sensor networks, in conjunction with
MobiQuitous ‚ 09, toronto,
July 13 - 16, 2009, Canada
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(91) An Integrated 0.6-4.6 GHz, 10-14 GHz, and
20-28 GHz Frequency Synthesizer for Software-defined
radio Applications
S.A. osmany, F. Herzel, J.C. Scheytt
Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and technology
Meeting (BCtM 2009), Capri,
october 13 - 14, 2009, Italy
(92) A 2.2 GS / s 900 MHz Bandpass delta-Sigma
Modulator for Class-S power Amplifier
p. ostrovskyy, Y. Borokovych, G. Fischer,
H. Gustat, J.C. Scheytt
2009 Ieee International Conference on
Microwaves, Communications, Antennas and
electronic Systems, tel Aviv,
november 09 - 11, 2009, Israel
(93) A 2 / GS / s 450 MHz Bandpass ∆∑-Modulator
for Switch-Mode Amplifiers
p. ostrovskyy, H. Gustat, J.C. Scheytt
18 th International Crimean Conference Microwave
and telecommunication technology,
Sevastopol, September 14 - 18, 2009, ukraine
(94) A 9 GS / s 2.1..2.2 GHz Bandpass delta-
Sigma Modulator for Class-S power Amplifier
p. ostrovskyy, H. Gustat, J.C. Scheytt,
Y. Manoli
International Microwave Symposium (IMS),
Boston, June 06 - 11, 2009, uSA
(95) delineation of Microdefects in Silicon
Substrates by Chromium-free preferential
etching Solutions and Laser Scattering
tomography (LSt): A Comparison of
etching recipes and LSt
M. pellowska, D. possner, D. Kot, G. Kissinger,
A. Huber, B.o. Kolbesen
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany

(96) An engineering Approach for Secure and
Safe wireless Sensor and Actuator
Networks for Industrial Automation Systems
St. peter, o. Stecklina, p. langendörfer
14 th Ieee International Conference on
emerging technologies and Factory
Automation (etFA 2009), Mallorca,
September 22 - 26, 2009, Spain
(97) reconfiguring Crypto Hardware
Accelerators on wireless Sensor Nodes
St. peter, o. Stecklina, J. portilla,
e. de la torre, p. langendörfer, t. Riesgo
Ieee SeCon 2009, Rome,
June 21 - 26, 2009, Italy
(98) Sicherheits-engineering am Beispiel von
drahtlos angebundenen Sensor / Aktor-
Systemen in der Automatisierungstechnik
St. peter, F. Vater, p. langendörfer
SpS / IpC / Drives, elektrische Automatisierung,
Fachmesse und Kongress, nürnberg,
november 24 - 26, 2009, Germany
(99) tinydSM: A Highly reliable Cooperative
data Storage for wireless Sensor Networks
K. piotrowski, p. langendörfer, St. peter
Distributed Collaborative Sensor networks
Workshop (DCSn 2009), Baltimore,
May 18 - 22, 2009, uSA
(100) An oFdM Baseband receiver for Shortrange
Communication at 60 GHz
M. piz, M. Krstic, M. ehrig, e. Grass
Ieee International Symposium on Circuits and
Systems 2009 (ISCAS), taipei,
May 24 - 27, 2009, taiwan
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(101) Next-Generation wireless oFdM System
for 60-GHz Short-range Communication at
a data rate of 2.6 GBit / s
M. piz, e. Grass, M. Marinkovic, R. Kraemer
14 th International oFDM-Workshop
(InoWo‘09), Hamburg,
September 02 - 03, 2009, Germany
(102) raman Metrology for Advanced CMoS
devices - Advantages and Challenges
l.o. Reilly, K. Horan, p.J. Mcnally, p.J. timans,
J. Reyes, S. prussin, n.S. Bennett,
n.e.B. Cowern, J. Gelpey, S. McCoy, W. lerch,
S. paul, D. Bolze
International Workshop on InSIGHt in Semiconductor
Device Fabrication, Metrology and
Modeling (InSIGHt 2009), napa,
April 26 - 29, 2009, uSA
(103) plasma Chemical etching of High-k
dielectric Hfo 2 Films for technological
Applications
H.H. Richter, M. Fraschke, M. lukosius, Ch.
Wenger, D. Wolansky, J. Berthold,
S. Marschmeyer, I. Costina
17 th International Colloquium on plasma
processes, Marseille,
June 23 - 26, 2009, France
(104) plasma etching of High-k dielectric Hfo 2
Films for technological Applications
H.H. Richter, M. Fraschke, M. lukosius,
Ch. Wenger, D. Wolansky, J. Berthold,
S. Marschmeyer, I. Costina
DpG Frühjahrstagung, Greifswald,
March 30, 2009, Germany
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9

(105) Highly robust X-Band LNA with extremely
Short recovery time
M. Rudolph, M. Dewitz, A. liero, I. Khali,
n. Chaturvedi, Ch. Wipf, R.M. Bertenburg,
J. Miller, J. Würfl, W. Heinrich, G. tränkle
International Microwave Symposium, Boston,
June 07 - 12, 2009, uSA
(106) A 0.13 µm SiGe BiCMoS technology
Featuring f t / f max of 240 / 330 GHz and
Gate delays below 3ps
H. Rücker, B. Heinemann, W. Winkler, R. Barth,
J. Borngräber, J. Drews, G.G. Fischer, A. Fox,
t. Grabolla, u. Haak, D. Knoll, F. Korndörfer,
A. Mai, S. Marschmeyer, p. Schley, D. Schmidt,
J. Schmidt, K. Schulz, B. tillack, D. Wolansky,
Y. Yamamoto
Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and technology
Meeting (BCtM) 2009, Capri,
october 13 - 14, 2009, Italy
(107) Micro-raman Mapping of residual Stresses
in Multicrystalline Block Cast Silicon Solar
Cell Material: their relation to the Grain
Boundary Microstructure and
recombination Activity
G. Sarau, M. Becker, S. Christiansen, M. Holla,
W. Seifert
24 th european Solar energy Conference,
Hamburg, September 21 - 25, 2009, Germany
(108) 100 Gbps wireless Communication – Can
we do it in Silicon?
J.C. Scheytt
Seminarreihe Mikrowellen, photonik und Kommunikation,
Karlsruhe, May 07, 2009, Germany
(109) A 122 GHz receiver in SiGe technology
K. Schmalz, W. Winkler, J. Borngäber,
W. Debski, B. Heinemann, J.C. Scheytt
Ieee Bipolar / BiCMoS Circuits and technology
Meeting (BCtM) 2009, Capri,
october 13 - 14, 2009, Italy
6 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(110) Fault-tolerant ASIC design for High System
dependability
G. Schoof, M. Methfessel, R. Kraemer
13 th International Forum on Advanced
Microsystems for Automotive Applications
(AMAA 2009), Berlin,
May 05 - 06, 2009, Germany
(111) tailoring Lattice parameters & Band Gaps
with thin Crystalline Mixed oxide Buffer
Layers on Si: the example of Lattice
Matched epi-Si(111) / pryo 3 / Si(111)
Heterostructures
o. Seifarth, A. Giussani, p. Zaumseil,
t. Schroeder
Ieee Semiconductor Interface Specialist
Conference (SISC 2009), Washington,
December 02 - 05, 2009, uSA
(112) the electronic Band diagram of thin
pro 2 (111) / pr-Silicate Buffers on Si(111)
and its relevance to dielectric properties
o. Seifarth, C. Walczyk, G. lupina, p. Zaumseil,
D. Schmeißer, H.-J. Müssig, t. Schroeder
DpG Spring Meeting, Dresden,
March 22 - 27, 2009, Germany
(113) Fe / Cu precipitation at Si Nitride and Si
Carbide particles in Intentionally
Contaminated Block Cast Si
W. Seifert, J. Bauer, A. erko, M. Holla,
B. Gründig-Wendrock, M. Kittler, C. Knopf,
G. Martinez-Criado, M. trushin, o. Vyvenko,
I. Zizak
3 rd International Workshop on Crystalline Si
Solar Cells, trondheim,
June 02 - 05, 2009, norway

(114) Advanced MIMo Systems for Maximum
reliability and performance
Z. Stamenkovic
DAAD Workshop on embedded System Design,
Skopje, october 2009, Serbia
(115) Architecture of an Analog Combining MIMo
System Compliant to Ieee 802.11a
Z. Stamenkovic, K. tittelbach-Helmrich,
M. Krstic, J. perez, J. Via, J. Ibanez
ICt-Mobile Summit 2009, Santander,
June 10 - 12, 2009, Spain
(116) Combining Internal Scan Chains and
Boundary Scan register: A Case Study
Z. Stamenkovic, M. Giles, F. Russi
Ieee Region 8 euRoCon 2009 International
Conference, St. petersburg,
May 18 - 23, 2009, Russia
(117) MAC protocol Implementation in
rF-MIMo wLAN
Z. Stamenkovic, e. Miletic, M. obrknezev,
K. tittelbach-Helmrich
16 th Ieee International Conference on
electronics, Circuits and Systems, Yasmin
Hammamet, December 13 - 16, 2009, tunisia
(118) SoC design
Z. Stamenkovic
DAAD Workshop on embedded System Design,
university of nis, June 2009, Serbia
(119) SoC design for wireless Sensor Networks
Z. Stamenkovic
DAAD Workshop on embedded System Design,
Skopje, october 2009, Serbia
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(120) A 360 degree phase Shifter for 60 GHz
Applications in SiGe BiCMoS technology
Y. Sun, J.C. Scheytt
Ieee Ieee International Conference on
Microwaves, Communications, Antennas and
electronic Systems (CoMCAS 2009), tel-Aviv,
november 09 - 11, 2009, Israel
(121) Growth and Characterization of GaN Layers
on Si(111) Substrates via Al 2 o 3 Buffer
Systems
l. tarnawska, M. Wosko, B. paszkiewicz,
p. Zaumseil, t. Schroeder
XI Seminar: Surfaces and Structures of thin
Film layers, Szklarska poreba,
May 19 - 22, 2009, poland
(122) MoVpe Growth of GaN Layers on Si(111)
Substrates via Al 2 o 3 Buffer Systems
l. tarnawska, M. Wosko, B. paszkiewicz,
p. Zaumseil, t. Schroeder
3 rd national Conference on nanotechnology
nAno‘2009, Warsaw,
June 22 - 26, 2009, poland
(123) optimization of diffusion and Activation in
Millisecond Annealing: a Study in the
Application of differential Hall effect
Measurements with the Continuous Anodic
oxidation technique
p.J. timans, Y.Z. Hu, J. Gelpey, S. McCoy,
W. lerch, S. paul, D. Bolze
International Workshop on InSIGHt in
Semiconductor Device Fabrication, Metrology
and Modeling (InSIGHt 2009), napa,
April 26 - 29, 2009, uSA
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
7

(124) electronic States of oxygen-free
dislocation Networks produced by direct
Bonding of Silicon wafers
M. trushin, o. Vyvenko, t. Mchedlidze,
o. Kononchuk, M. Kittler
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
(125) Iron-oxygen Interaction in Silicon: A
Combined XBIC / XrF-eBIC-dLtS Study of
precipitation and Complex Building
M. trushin, o. Vyvenko, W. Seifert, G. Jia,
M. Kittler
25 th International Conference on Defects in
Semiconductors (ICDS-25), St. petersburg,
July 20 - 24, 2009, Russia
(126) XBIC / µ-XrF / µ-XAS Analysis of Metals
precipitation in Block-Cast Solar Silicon
M. trushin, W. Seifert, o. Vyvenko, J. Bauer,
G. Martinez-Criado, M. Salome, M. Kittler
e-MRS Spring Meeting, Symposium R,
Strasbourg, June, 08 - 12, 2009, France
(127) optimization of Graded Index
Antireflection Coatings for polychromatic
Illumination
S. Virko, J. Bauer, o. Fursenko
5 th ellipsometry Workshop, Zweibrücken,
March 02 - 04, 2009, Germany
(128) SoI platform for High Speed all optical
wavelength Conversion
K. Voigt, l. Zimmermann, G. Winzer, t. Mitze,
K. petermann, J. Kreissl, e. tangdiongga,
K. Vyrsokinos, l. Stampoulidis
Ieee International Conference on Group IV
photonics, San Francisco,
September 09 - 11, 2009, uSA
8 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
V o r t r ä G e – p r e S e N t A t I o N S
(129) pulse-Induced resistive Switching in Hfo 2
for non-volatile Memory Applications
Ch. Walczyk, Ch. Wenger, R. Sohal,
M. lukosius, A. Fox, J. Dabrowski, D. Wolansky,
B. tillack, H.-J. Müssig, t. Schroeder
InFoS 2009, Cambridge university,
June 29 - July 01, 2009, uK
(130) resistive Switching in Hfo 2 for Non-
Volatile Memory Applications
Ch. Walczyk, Ch. Wenger, M. lukosius,
I. Costina, S. Schulze, u. Kaletta, D. Wolansky,
B. tillack, e. Miranda, t. Schroeder
nVMtS 2009, portland,
october 25 - 28, 2009, uSA
(131) Konventionelle Querschnittspräparation
an Halbleiter-teststrukturen für teM
G. Weidner
6. präparatorentreffen Berlin-Brandenburg
BAM, Berlin, April 02, 2009, Germany
(132) Injection and trapping of electrons in y 2 o 3
Layers deposited on Si
Ch. Wenger, W.-Ch. Wang, M. Badylevich,
V.V. Afanas‘ev, A. Stesmans, S. Van elshocht,
M. lukosius, Ch. Walczyk
e-MRS Spring Meeting, Strasbourg,
June 08 - 12, 2009, France
(133) 122 GHz Low-Noise Amplifier in SiGe
technology
W. Winkler, W. Debski, B. Heinemann,
F. Korndörfer, H. Rücker, K. Schmalz,
J.C. Scheytt, B. tillack
35 th european Solid-State Circuits Conference
(eSSCIRC 2009), Athen,
September 14 - 18, 2009, Greece

(134) HdL-Synthese und Simulation von Hochgeschwindigkeits-digitalschaltungen
mit
gemischten CMoS- und eCL-Bibliotheken
F. Winkler, G. Kell, o. Schrape, H. Gustat,
u. Jagdhold
12. Workshop Methoden und Beschreibungssprachen
zur Modellierung und Verifikation
von Schaltungen und Systemen, Berlin,
January 2009, Germany
(135) Atomic Layer doping of B in Ge
Y. Yamamoto, K. Köpke, R. Kurps, J. Murota,
B. tillack
6 th International Conference on Silicon
epitaxy and Heterostructures (ICSI-6),
los Angeles, May 17 - 22, 2009, uSA
(136) A Complex X-ray Characterization of Ge
Layer epitaxially Grown on Nano-structured
Si(100) Substrates
p. Zaumseil, t. Schroeder, J.-S. park,
J.G. Fiorenza
e-MRS Spring Meeting, Strasbourg,
June 08 - 12, 2009, France
(137) Characterization of Semiconductor Films
epitaxially Grown on thin Metal oxide
Buffer Layers
p. Zaumseil, A. Giussani, o. Seifarth,
t. Arguirov, M. A. Schubert, t. Schroeder
XIII International Autumn Meeting Gettering
and Defect engineering in Semiconductor
technology (GADeSt 2009), Döllnsee,
September 26 - october 02, 2009, Germany
(138) ultra Low Cost Asynchronous Handshake
Checker
St. Zeidler, M. ehrig, M. Krstic, M. Augustin,
Ch. Wolf, R. Kraemer
International on-line test Symposium
(IoltS), Sesimbra-lisbon,
June 24 - 27, 2009, portugal
B e r I C H t e – r e p o r t S
Berichte
reports
(1) Integrationsfähige Siliziumemitter und
-detektoren für die optische, CMoSkompatible
on-Chip-Signalübertragung
(SILeM)
M. Kittler
Schlussbericht, Verbundprojekt
Förderkennzeichen 01M3170A (2009)
(2) Single Crystalline Silicon, Germanium and
GaN Layers on the Si platform Integrated
via oxide Heterostructures
t. Schroeder
Industry Report 2009
(3) Set of representative wSN Application
domains
K. tuinenbreijer, R. Marchesani,
p. langendörfer, A. Dallas, n. leligou,
l. Redondo, e. de la torre, p. lippert,
M. Berekovic
Deliverable, SMARt, 2009
(4) MIBS - Minimalinvasiver Sensor zur
kontinuierlichen Glucosemessung
D. Zahn, K. Badstübner, M. Birkholz,
K.-e. ehwald, R. ehwald, t. Guschauski,
H. Siegel, u. Stoll
Biotopics 38, 32 (2009)
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
9

Monographien
Monographs
(1) Short-range wireless Communications:
emerging technologies and Applications
R. Kraemer, M.D. Katz (eds.)
Chichester, Wiley (2009)
(2) e-MrS 2008 Spring Conference Symposium
K: Advanced Silicon Materials research for
electronic and photovoltaic Applications
S. pizzini, G. Kissinger, H. tu,
H. Yamada-Kaneta (eds.)
Materials Science and engineering 159-160
(2009)
(3) Gennesys: Grand european Initiative on
Nanoscience and Nanotechnology
t. Schroeder
H. Dosch, M.H. Van der Voorde (eds.),
Stuttgart : MpI (2009)
20 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
M o N o G r A p H I e N – M o N o G r A p H S
Habilitationen/Dissertationen
Habilitations/dissertations
(1) efficient protocol design Flow for
embedded Systems
D. Dietterle
Dissertation, Btu Cottbus, (2009)
(2) design of Multi-GHz data Converter
Components
S. Halder
Dissertation, universität paderborn, (2009)
(3) Characterization of electrical and optical
properties of Silicon Based Materials
G. Jia
Dissertation, Btu Cottbus (2009)
(4) design of an Integrated 60 GHz transceiver
Front-end in SiGe:C BiCMoS technology
Y. Sun
Dissertation, Btu Cottbus (2009)
(5) ein ereignisorientiertes Betriebssystem
für tief eingebettete Steuersysteme
K. Walther
Dissertation, Btu Cottbus, (2009)
(6) Millimeter-wave Integrated Circuits in SiGe
technology
l. Wang
Dissertation, Btu Cottbus, (2009)

d I S S e r t A t I o N e N / d I p L o M A r B e I t e N – d I S S e r t A t I o N S / d I p o L M A t H e S e S
Diplomarbeiten /Masterarbeiten
Bachelorarbeiten
diploma theses / Master theses
Bachelor theses
(1) entwurf und Implementierung eines
protokolls zur Modellierung exclusiver
ressourcen in drahtlos kommunizierenden
roboterschwärmen
C. Goltz
Bachelorarbeit, Btu Cottbus (2009)
(2) dSMQL Query processing in resource
Constrained environments
J. Gäbler
Diplomarbeit, Btu Cottbus (2009)
(3) elektrische Charakterisierung von
Hfo 2 -dünnschichten für nichtflüchtige
widerstandsbasierte Speicher (rrAM)
u. Kaletta
Diplomarbeit tFH Wildau (2009)
(4) entwicklung einer modularen Software-
Architektur für den Standard Ieee 802.15.4
J. Krause
Masterarbeit, Btu Cottbus (2009)
(5) elektrische Charakterisierung von
Mikroviskosimeterstrukturen
p. Kulse
Diplomarbeit, Hochschule für technik und
Wirtschaft Berlin (2009)
(6) entwicklung einer Nutzerschnittstelle für
Anwendungen auf dem Gebiet der raum-
und Gebäudeautomatisierungstechnik
D. lenz
Diplomarbeit, Btu Cottbus, (2009)
(7) Implementation and Verification of an
ultra Low power Baseband processor
l. lopacinski
Masterarbeit, university of technology,
Szczecin (2009)
(8) positionsbestimmung durch Auswertung
der round trip phase in oFdM-Funknetzen
t. ohlemueller
Diplomarbeit, Humboldt-universität zu Berlin,
(2009)
(9) entwicklung und evaluierung eines
Store & Forward-protokolles für drahtlose
Sensornetze
M. petrick
Bachelorarbeit, Btu Cottbus (2009)
(10) entwurf und Implementierung von
werkzeugen für die umsetzung
automatisierter tests zur Kopplung
und Kommunikationsüberwachung
zwischen Bluetooth-Geräten im Bereich
Car-Infotainment
S. Scheppank
Masterarbeit, Btu Cottbus, (2009)
(11) Charakterisierung von dünnen hoch-k
dielektrika mittels C-AFM
R. Schmidt
Diplomarbeit, tFH Wildau (2009)
(12) Analytische untersuchung physikalischchemischer
eigenschaften von
hafniumbasierten MIM Strukturen
S. Schulze
Diplomarbeit, tFH Wildau (2009)
(13) entwicklung einer Methodik zur
Konvertierung semiformal spezifizierter
protokolle am Beispiel zweier Fahrzeugtelematik-protokolle
D. Seydel
Masterarbeit, Btu Cottbus, (2009)
(14) duV-technologie zur Herstellung von
Bragg-Gittern auf Silizium-wellenleitern
D. Stolarek
Masterarbeit, tFH Wildau, (2009)
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
2

(15) robuste Synchronisation für ein oFdMbasiertes
wLAN-System im 60 GHz Band
C. Strauch
Diplomarbeit, Humboldt-universität zu Berlin,
(2009)
(16) GaN epitaxy on Si Substrates Via
engineered oxide Buffers
l. tarnawska
Diplomarbeit, Wroclaw university of
technology, (2009)
(17) untersuchung zum wirtschaftlichen
einsatz von Blockheizkraftwerken im IHp
J. unglaube
Diplomarbeit, tFH Wildau, (2009)
22 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
p A t e N t e – p A t e N t S
Patente
patents
(1) Analog-digital-umsetzer mit breitbandigem
eingangsnetzwerk
Y. Borokhovych, J.C. Scheytt
IHp.330.08 De-patentanmeldung,
am 31.03.09, AZ: 10 2009 002 062.4
(2) protokollbeschleunigermodul mit
paketweiterleitungsfunktion und
Betriebsverfahren für einen Senderempfänger
zur schnellen weiterleitung
von datenpaketen
D. Dietterle, p. langendörfer
IHp.324.08 De-patentanmeldung,
am 24.03.09, AZ: 10 2009 001 821.2
(3) Aussetzbarer taktgenerator
X. Fan, e. Grass, M. Krstic
IHp.339.08 pCt-Anmeldung, am: 04.12.2009,
AZ: pCt/ep/2009 066453
(4) Bipolartransistor mit selbstjustiertem
emitterkontakt
A. Fox, B. Heinemann, St. Marschmeyer
IHp.343.08 pCt-Anmeldung, am 03.12.2009,
AZ: pCt/ep/2009/066316
(5) digital-Analog-umsetzer
H. Gustat
IHp.332.08 uS-patentanmeldung,
am 30.09.09, AZ: 12/587,105
(6) Multibit-Modulator mit digital stellbarer
pulsdauer
H. Gustat, J.C. Scheytt
IHp.325.pCt pCt-Anmeldung, am 21.01.2009,
AZ: pCt/ep/2009/050639
(7) Ladungspumpe zum einstellen einer
Steuerspannung
F. Herzel
IHp.348.09 De-patentanmeldung,
am: 08.10.2009, AZ: 10 2009 045 494.2

(8) rFMeMS Switch in Standard CMoS process
M. Kaynak, K.-e. ehwald, M. Birkholz,
R.F. Scholz, B. tillack
IHp.346.09 De-patentanmeldung,
am 07.12.09, AZ: 10 2009 047 599.0
(9) thermoelektrisches Halbleiterbauelement
M. Kittler, M. Reiche
IHp.334.08 De-patentanmeldung,
am 20.01.09, AZ: 10 2009 000 333.9
(10) GALS Circuit Block and GALS Circuit device
Suitable for Bursty data transfer
M. Krstic, X. Fan, e. Grass
IHp.341.ep pCt-Anmeldung,
am 11.12.2009, AZ: pCt/ep2009/066962
(11) unipolarer Hetero-Junction-Sperrschichttransistor
W. Mehr, G. lippert
IHp.342.08 pCt-Anmeldung,
am 11.12.2009, AZ: pCt/ep2009/066958
(12) Verfahren u. Schaltungsanordnung zur
demodulation von dBpSK-modulierten
Signalen sowie Anwendung derselben
M. petri, e. Grass, M. piz
IHp.349.09 ep-erstanmeldung,
am 30.11.09, AZ: 09 177 529.6
(13) Mixed-Signal Sendeschaltung für
geschaltete Leistungsverstärker
J.C. Scheytt
IHp.328.09 pCt-Anmeldung,
am 04.12.2009, AZ: pCt/ep/2009/066457
(14) design Flow fehlertolerantes ASIC-design
G. Schoof, V. petrovic
IHp.340.08 De-patentanmeldung,
am 11.12.2009, AZ: De 10 2009 054 567.0
p A t e N t e – p A t e N t S
(15) MIMo transmission in Ieee 802.11 wLAN
Systems
Z. Stamenkovic, R. Kraemer, M. Krstic,
K. tittelbach-Helmrich, S. Ignacio, V. Javier,
p. Jesus, I. Jesus
IHp.345.ep, ep-erstanmeldung ,
am 25.03.09, AZ: ep09156126
(16) prüfschaltung zur prüfung einer
durchführung eines Handshake-protokolls
und Verfahren zur prüfung einer
durchführung eines Handshake-protokolls
St. Zeidler
IHp.337.08 De-patentanmeldung,
am 06.02.09, AZ: 10 2009 000 698.2
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
2

2 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A N G e B o t e u N d L e I S t u N G e N – d e L I V e r A B L e S A N d S e r V I C e S
Deliverables and Services
Low-Volume & Multi-Project
Prototyping Service

A N G e B o t e u N d L e I S t u N G e N – d e L I V e r A B L e S A N d S e r V I C e S
Multiprojekt Wafer (MPW) und
Prototyping Service
Das IHP bietet seinen Forschungspartnern und Kunden
Zugriff auf seine leistungsfähigen SiGe-BiCMOS-Technologien.
Die Technologien sind insbesondere für Anwendungen im
oberen GHz-Bereich geeignet, so z.B. für die drahtlose und
Breitbandkommunikation oder Radar. Sie bieten integrierte
HBTs mit Grenzfrequenzen bis zu 300 GHz und integrierte
HF-LDMOS-Bauelemente mit Durchbruchspannungen bis
zu 22 V einschließlich komplementärer Bauelemente.
Das Backend enthält 3 (SG13S: 5) dünne und 2 dicke
Metallebenen (TM1: 2 µm, TM2: 3 µm).
Verfügbar sind folgende SiGe BiCMOS Technologien:
SG25H1: Eine 0,25-µm-BiCMOS- Technologie
mit npn-HBTs bis zu f T / f max = 180 / 220 GHz.
SG25H3: Eine 0,25-µm-BiCMOS-Technologie mit
mehreren npn-HBTs, deren Parameter von
einer hohen HF-Performance
(f T / f max = 110 / 180 GHz) zu größeren
Durchbruchspannungen bis zu 7 V reichen.
SG25H3P
Modul: Zusätzliche pnp-HBTs mit f T / f max = 90 / 120 GHz.
SGB25V: Eine kostengünstige 0,25-µm-BiCMOS-
Technologie mit mehreren npn-Transistoren
mit Durchbruchspannungen bis zu 7 V.
GOD-
Modul: Zusätzliche integrierte komplementäre HF-
LDMOS-Bauelemente mit Durchbruchspannungen
bis zu 22 V.
SG13S: Eine 0,13-µm-BiCMOS-Hochleistungs-
Technologie mit npn-HBTs bis zu
f T / f max = 250 / 300 GHz mit 3,3 V I / O-CMOS
und 1,2 V Logik-CMOS.
SG13B: Identisch SG13S, aber ohne die 1,2 V
Logik-CMOS.
Multiproject wafer (Mpw) and
prototyping Service
IHp offers research partners and customers access to
its powerful SiGe BiCMoS technologies.
the technologies are especially suited for applications
in the higher GHz bands (e.g. for wireless,
broadband, radar). they provide integrated HBts with
cut-off frequencies of up to 300 GHz and integrated
RF lDMoS devices with breakdown voltages of up to
22 V, including complementary devices.
the backend offers 3 (SG13S: 5) thin and 2 thick metal
layers (tM1: 2 µm, tM2: 3 µm).
the following SiGe BiCMoS technologies are available:
SG25H1: A high-performance 0.25 µm BiCMoS with
npn-HBts up to f t / f max = 180 / 220 GHz.
SG25H3: A 0.25 µm BiCMoS with a set of npn-HBts
ranging from a high RF performance
(f t / f max = 110 GHz / 180 GHz) to higher
breakdown voltages up to 7 V.
SG25H3p
Module: Additional pnp-HBts with ft / f = 90 / 120 GHz
max
SGB25V: A cost-effective 0.25 µm BiCMoS with a set of
npn-HBts up to a breakdown voltage
of 7 V.
G3D-
Module: Additional integrated complementary RF
lDMoS devices with breakdown voltages
up to 22 V.
SG13S: A high-performance 0.13 µm BiCMoS with
npn-HBts up to f t / f max = 250 / 300 GHz, with
3.3 V I / o CMoS and 1.2 V logic CMoS.
SG13B: Identical to SG13S but without 1.2 V logic
CMoS.
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
2

26 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A N G e B o t e u N d L e I S t u N G e N – d e L I V e r A B L e S A N d S e r V I C e S
Es finden technologische Durchläufe nach einem festen,
unter www.ihp-microelectronics.com verfügbaren
Zeitplan statt.
Ein Cadence-basiertes Design-Kit für Mischsignale ist
verfügbar. Wiederverwendbare Schaltungsblöcke und
IPs des IHP für die drahtlose und Breitbandkommunikation
werden zur Unterstützung von Designs angeboten.
In den folgenden Tabellen sind die wesentlichen Parameter
der Technologien dargestellt:
1. High-performance 0.25 µm SiGe BiCMoS
(SG25H1)
parameter npn1 npn2
Bipolar Section
A e 0.21 x 0.84 µm 2 0.18 x 0.84 µm 2
peak f max 190 GHz 220 GHz
peak f t 190 GHz 180 GHz
BV Ce0 1.9 V 1.9 V
BV CBo 4.5 V 4.5 V
V A 40 V 40 V
β 270 260
the schedule for MpW & prototyping runs is located
at www.ihp-microelectronics.com.
A cadence-based mixed signal design kit is available.
For high frequency designs an analogue Design
Kit in ADS can be used. IHp’s reusable blocks and Ips
for wireless and broadband are offered to support
designs.
technical key-parameters of the technologies are:
2. 0.25 µm SiGe BiCMoS with a set of npn-HBts, ranging from high rF performance to high breakdown
voltages (SG25H3)
An integrated rF MeMS module is planned for this technology.
parameter High Medium High pnp
performance1 Voltage Voltage H3p Module
Bipolar Section
A e 0.22 x 0.84 µm 2 0.22 x 2.24 µm 2 0.22 x 2.24 µm 2 0.21 x 0.84 µm 2
peak f max 180 GHz 140 GHz 80 GHz 120 GHz
peak f t 110 GHz 45 GHz 30 GHz 90 GHz
BV Ce0 2.3 V 5 V > 7 V - 2.5 V
BV CBo 6.0 V 15.5 V 21.0 V - 4.0 V
V A 30 V 30 V 30 V 30 V
β 150 150 150 100

A N G e B o t e u N d L e I S t u N G e N – d e L I V e r A B L e S A N d S e r V I C e S
3. 0.25 µm SiGe BiCMoS with High-Voltage devices (SGB25V)
parameter High Standard High
performance Voltage
Bipolar Section
A e 0.42 x 0.84 µm 2
G3d-Module in SGB25V
peak f max 95 GHz 90 GHz 70 GHz
peak f t 75 GHz 45 GHz 25 GHz
BV Ceo 2.4 V 4.0 V 7.0 V
BV CBo > 7 V > 15 V > 20 V
V A > 50 V > 80 V > 100 V
β 190 190 190
NLd3Gd22C
n-LdMoS p-LdMoS
INLd3Gd13A **** pLd3Gd19B
BV * DSS 22 V
16 V -19 V
Vth 0.65 V
0.65 V - 0.55 V
I ** Dsat 170 µA / µm
175 µA / µm - 80 µA / µm
(V = 1.5 V)
GS (V = 1.5 V) GS (V = -1.5 V)
GS
(V = 12 V)
DS (V = 8 V) DS (V = -12 V)
DS
Ileakage < 10 pA / µm
< 10 pA / µm > - 10 pA / µm
(V = 12 V)
DS (V = 8 V) DS (V = -12 V)
DS
RON 4 Ωmm
3.5 Ωmm 14 Ωmm
Peak f *** max 48 GHz
40 GHz 27 GHz
Peak f *** T 18 GHz
23 GHz 9.5 GHz
*:@ 0 pA / µm **:@V DS = V ***:@V DS = V ****: substrate isolated
preliminary target parameters extracted from first prototype preparations.
the values given may differ from the final parameters.
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28 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A N G e B o t e u N d L e I S t u N G e N – d e L I V e r A B L e S A N d S e r V I C e S
CMoS and passives of 0.25 µm and 0.13 µm technologies
parameter SG25H1 / H3* SG13B / 13S SG13S
CMoS Section
Core Supply Voltage 2.5 V 3.3 V 1.2 V
nMoS V th 0.6 V 0.65 V 0.49 V
I Dsat 540 µA / µm 520 µA / µm 500 µA / µm
I off 3 pA / µm 10 pA / µm 500 pA / µm
pMoS V th - 0.56 V - 0.61 V - 0.42 V
I Dsat - 230 µA / µm - 220 µA / µm - 210 µA / µm
I off - 3 pA / µm - 10 pA / µm - 500 pA / µm
passives
MIM Capacitor 1 fF / µm 2 1.5 fF / µm 2 1.5 fF / µm 2
n + poly Resistor 210 Ω / - -
p + poly Resistor 280 Ω / 345 Ω / 345 Ω /
High poly Resistor 1600 Ω / 775 Ω / 775 Ω /
Varactor C max / C min 3 tbd. tbd.
Inductor Q@5.8 GHz (with tM2) 18 (1 nH) 18 (1 nH) 18 (1 nH)
Inductor Q@10 GHz (with tM2) 20 (1 nH) 20 (1 nH) 20 (1 nH)
*parameters for SGB25V are similar
. 0. µm SiGe BiCMOS (SG S, SG B)
parameter npn13p npn13V
Bipolar Section (SG13S, SG13B)
A e 0.12 x 0.48 µm 2 0.18 x 1.02 µm 2
peak f max 300 GHz 120 GHz
peak f t 250 GHz 45 GHz
BV Ceo 1.7 V 5.0 V
BV CBo 5.0 V 16 V
β 900 600

Design Kits
A N G e B o t e u N d L e I S t u N G e N – d e L I V e r A B L e S A N d S e r V I C e S
Die Design Kits unterstützen eine Cadence Mischsignal-
Plattform:
- Design Framework II (Cadence 5.14 / 6.1)
- Verhaltens-Beschreibung (Verilog HDL)
- Logische Synthese & Optimierung (VHDL / HDL
Compiler, Design Compiler / Synopsys, Power
Compiler / Synopsys)
- Test Generation / Synthetisierer / Test Compiler
(Synopsys)
- Simulation (RF: SpectreRF, Analog: SpectreS,
Verhaltens-Beschreibung / Digital: Leapfrog / NC-
Affirma / Verilog-XL / ModelSim)
- Platzieren & Verbinden (Silicon Ensemble & Preview)
- Layout (Virtuoso Editor-Cadence)
- Verifizierung (Diva and Assura: DRC / LVS / Extract /
Parasitic Extraction)
- ADS-Support über Golden Date / RFIC mit
dynamischem Link zu Cadence ist verfügbar
- Eigenständiges ADS Kit einschließlich
Momentum Substrate Layer File
- ADS Layout-Unterstützung in SG25H3
- Unterstützung von Analog Office und Tanner über
Partner
- ECL-Bibliothek für SGB25V
- Strahlungsresistente CMOS-Bibliothek
Verfügbare analoge und digitale Blöcke und Designs
für die drahtlose und Breitbandkommunikation
Zur Unterstützung von Designs bietet das IHP Schaltungsblöcke
und Schaltungen für Lösungen im Bereich
drahtlose und Breitbandkommunikation an:
- Integrierter 122 GHz Empfänger
- 77-81 GHz SiGe Radar Frontend und Frontend-
Komponenten (VCO, PA, Mischer, Frequenzteiler)
- Komplette 60-GHz-Transceiver und -Komponenten
- 40 to 70 GHz analoger und digitaler Phasenschieber
- 60 GHz planare PCB-integrierte Antenne
- SiGe Mischer, VCOs, Prescaler, VCO-Prescaler für 24 GHz
- SiGe DAC-Komponenten für mittlere und hohe
Geschwindigkeiten bis zu 30 GSps
- SiGe UWB Transceiver-Komponenten wie Mischer-
Korrelator und Breitband-LNA
design Kits
the design kits support a Cadence mixed signal platform:
- Design Framework II (Cadence 5.14 / 6.1)
- Behavioral Modeling (Verilog HDl)
- logic Synthesis & optimization
(VHDl / HDl Compiler, Design Compiler /
Synopsys, power Compiler / Synopsys)
- test Generation / Synthesizer / test Compiler
(Synopsys)
- Simulation (RF: SpectreRF, Analog: SpectreS,
Behavioral / Digital: leapfrog / nC-Affirma /
Verilog-Xl / ModelSim)
- place & Route (Silicon ensemble & preview)
- layout (Virtuoso editor-Cadence)
- Verification (Diva and Assura: DRC / lVS / extract /
parasitic extraction)
- ADS-support via Golden Gate / RFIC dynamic link
to Cadence is available
- Standalone ADS Kit including Momentum
substrate layer file
- ADS layout support in SG25H3
- Support of Analog office, texeDA, and tanner
via partners is available
- eCl library for SGB25V
- Radiation hard CMoS library for SGB25V
Available Analog and digital Blocks and designs
for wireless and Broadband Communications
to support designs, IHp offers a wide range of blocks
and designs for wireless & broadband solutions:
- Integrated 122 GHz Receiver
- 77-81 GHz SiGe radar frontend and frontend
components (VCo, pA, mixer, frequency divider)
- Complete 60 GHz transceiver and components in
SiGe BiCMoS
- 40 to 70 GHz analog and digital phase shifters
- 60 GHz planar pDB-integrated antenna
- 24 GHz SiGe mixers, VCos, prescaler, VCo-prescaler
- SiGe DAC components for medium and high speed up
to 30 GSps
- SiGe uWB transceiver components such as mixer
correlator, broadband lnA
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
29

0 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A N G e B o t e u N d L e I S t u N G e N – d e L I V e r A B L e S A N d S e r V I C e S
- Impuls-UWB SiGe-HF-Transceiver mit Lokalisierungsfunktion
- Statische bzw. dynamische SiGe Teilerschaltungen
von 0 bis 100 GHz
- 5 GHz SiGe Breitband-Modem (Bandbreite 200 MHz)
für Gbps-OFDM
- Rauscharme SiGe LC-VCOs im Bereich zwischen
10 und 120 GHz
- SiGe Integer-N PLLs mit integriertem VCO mit
geringem Phasenrauschen (8-11 GHz, 16-19 GHz,
20-24 GHz, 48 GHz, 56 GHz)
- Vollständig integrierte Frequenzsynthesizer mit
geringem Phasenrauschen (Integer-N und
Delta-Sigma-Fractional-N)
- Fractional-N PLL Core
- Bandpass-Delta-Sigma Modulatoren für Klasse-S
Leistungsverstärker (450 MHz, 900 MHz, 2 GHz)
- SPI-Interface mit flächen- bzw. leistungseffizienten
Kalibrierungs-DACs (optional)
- Modelle, Cores und Protokolle für IEEE 802.11
a / g / p in Software und Hardware
- Designs für Komponenten zur Basisband-Verarbeitung
(Viterbi Decoder, FFT / IFFT Prozessor,
CORDIC Prozessor)
- Design von eingebetteten Anwendungen, bestehend
aus einem auf MIPS- oder LEON-Prozessoren
laufenden C-Programm
- IP-Core für Leon-2-Prozessor
- Ein abstraktes SDL-Modell für IEEE 802.15.3 und
IEEE 802.15.4
- 5-GHz-Link-Emulator und Entwicklungsumgebung
für WLAN
- TCP / IP-Prozessor einschließlich Hardware-Beschleuniger
für das Protokoll sowie symmetrische und asymmetrische
Verschlüsselung einschließlich MD5
- IP-Cores für flexible ECC- und AES-Kryptoprozessoren
- Basisband-Modelle und Realisierungen für Gigabit-WLAN
- Drahtlose Sensorknoten, basierend auf einer
MSP430-Prozessorarchitektur
- 868 MHz Block einschließlich EN15878-4 Basisband
für die drahtlose Erfassung von Daten
- IEEE 802.15.4a Basisband Prozessor
- Beratung zum Design von MAC-Protokollen und zu
Gigabit WLAN-Systemen
- Impulse uWB SiGe RF transceiver with localization
capability
- Static resp. dynamic SiGe divider circuits from 0
to 100 GHz
- 5 GHz SiGe broadband modem (bandwidth
200 MHz) for Gbps oFDM
- low-noise SiGe lC-VCos in the range between
10 and 120 GHz
- SiGe Integer-n plls with integrated low
phase-noise VCo (8-11 GHz, 16-19 GHz,
20-24 GHz, 48 GHz, 56 GHz)
- 0.6-4.4 GHz, 10-14 GHz, and 20–24 GHz fully
integrated frequency synthesizer with low phase
noise (Integer-n and DS-Fractional-n)
- Fractional-n pll core
- Bandpass-Delta-Sigma modulators for Class-S
amplifiers (450 MHz, 900 MHz, 2 GHz)
- SpI-Interface with area-/power-efficient
calibration DACs (optional)
- Models, cores & protocols for Ieee 802.11
a / g / p in software & hardware
- Designs for baseband processing components
(Viterbi decoder, FFt / IFFt processor,
CoRDIC processor)
- Design of embedded applications consisting of
a C-program running on MIpS or leon
processors
- Ip-core for leon 2 processor
- Abstract SDl model for Ieee 802.15.3 and
Ieee 802.15.4
- 5 GHz link emulator and WlAn design /
debug kit
- tCp / Ip-processor including hardware
accelerators for protocol and symmetric
and asymmetric encryption including MD5
- Ip-cores for flexible eCC and AeS cryptoprocessors
- Baseband-models and realisations for gigabit WlAn
- Wireless sensor nodes based on MSp430
processor architecture
- 868 MHz block including en15878-4 baseband
for metering applications
- Ieee 802.15.4a baseband processor
- Consultancy for MAC protocol design & gigabit
WlAn systems

A N G e B o t e u N d L e I S t u N G e N – d e L I V e r A B L e S A N d S e r V I C e S
- Beratung zu drahtlosen Sensornetzen und deren
Anwendungen
- Beratung zu fehlertolerantem Design für Anwendungen
in der Raumfahrt und der Automobilindustrie
Transfer von Technologien und Technologie-Modulen
Das IHP bietet den Transfer seiner 0,25-µm-BiCMOS-
Technologien und Technologiemodule (HBT, LDMOS)
an. Die technologischen Parameter entsprechen weitgehend
den oben für MPW & Prototyping genannten.
Unterstützung bei Prozess-Modulen
Das IHP bietet Unterstützung bei der Realisierung spezieller
Prozess-Module für Forschung und Entwicklung
und für Prototyping bei geringen Volumina für Standard-Prozess-Module
und Prozess-Schritte.
Verfügbar sind u.a. folgende Prozess-Module:
- Standard-Prozesse (Implantation, Ätzen, CMP &
Abscheidung von Schichtstapeln wie thermisches
SiO 2 , PSG, Si 3 N 4 , Al , TiN, W)
- Epitaxie (Si, Si:C, SiGe, SiGe:C)
- Optische Lithographie (i-Linie und 248 nm bis
hinab zu 100 nm Strukturgröße)
- Verkürzte Prozessabläufe.
- Elektrische Messungen und Tests.
Fehleranalyse und Diagnostik
Das IHP bietet Unterstützung bei der Ausbeuteerhöhung
durch Fehleranalyse mit modernen Ausrüstungen
wie z.B. AES, AFM, FIB, LST, REM, SIMS, ToFSIMS, STM
und TEM.
- Consultancy for wireless sensor networks and
applications
- Consultancy for fault tolerant design for space
applications and automotive applications
transfer of technologies and technology Modules
IHp offers its 0.25 µm BiCMoS technologies and technology
modules (HBt-Modules, lDMoS-Modules) for
transfer. the technological parameters comply to a
large extent with the parameters described above for
MpW & prototyping.
process Module Support
IHp offers support for advanced process modules for
research and development purposes and small volume
prototyping.
process modules available include:
- Standard processes (implantation, etching,
CMp & deposition of layer stacks such
as thermal Sio 2 , pSG, Si 3 n 4 , Al , tin, W)
- epitaxy (Si, Si:C, SiGe, SiGe:C)
- optical lithography (i-line and 248 nm down
to 100 nm structure size)
- Short-flow processing.
- electrical characterization and testing.
Failure Mode Analysis and diagnostics
IHp offers support for yield enhancement through failure
mode analysis with state-of-the-art equipment,
including AeS, AFM, FIB, lSt, SeM, SIMS, toFSIMS, StM
and teM.
Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an: For more information please contact:
Dr. Wolfgang Kissinger (General contact) Dr. René Scholz (MPW & Prototyping contact)
IHP IHP
Im Technologiepark 25 Im Technologiepark 25
15236 Frankfurt (Oder), Germany 15236 Frankfurt (Oder), Germany
Email: kissinger@ihp-microelectronics.com Email : scholz@ihp-microelectronics.com
Tel: +49 335 56 25 410 Tel : +49 335 56 25 647
Fax: +49 335 56 25 222 Fax +49 335 56 25 327
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9

Wegbeschreibung zum IHP
2 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
w e G B e S C H r e I B u N G Z u M I H p – d I r e C t I o N S t o I H p
per Flugzeug
- Vom Flughafen Berlin-Tegel mit der Buslinie X9 bis
Bahnhof Berlin-Zoologischer Garten (19 Minuten);
dann mit dem RegionalExpress RE 1 bis Frankfurt
(Oder) Hauptbahnhof (ca. 1 Stunde 20 Minuten).
- Vom Flughafen Berlin-Schönefeld mit dem Airport-
Express oder der S-Bahnlinie S 9 bis Bahnhof Berlin-Ostbahnhof
(19 bzw. 32 Minuten); dann mit dem
RegionalExpress RE 1 bis Frankfurt (Oder) Hauptbahnhof
(ca. 1 Stunde).
per Bahn
- Von den Berliner Bahnhöfen Zoologischer Garten,
Hauptbahnhof, Friedrichstraße, Alexanderplatz
oder Ostbahnhof mit dem RegionalExpress RE 1 bis
Frankfurt ( Oder) Hauptbahnhof.
per Auto
- Über den Berliner Ring auf die Autobahn A 12 in Richtung
Frankfurt (Oder) / Warschau; Abfahrt Frankfurt
(Oder)-West, an der Ampel links in Richtung Beeskow
und dem Wegweiser „Technologiepark Ostbrandenburg“
folgen.
per Straßenbahn in Frankfurt (Oder)
- Ab Frankfurt (Oder) Hauptbahnhof mit der Linie 3
oder 4 in Richtung Markendorf Ort bis Haltestelle
Technologiepark (14 Minuten).
directions to IHp
by plane
- From Berlin-tegel Airport take the bus X9 to the
railway station Berlin-Zoologischer Garten (19 minutes);
then take the Regionalexpress Re 1 to Frankfurt
(oder) Hauptbahnhof (appr. 1 hour 20 minutes).
- From Berlin-Schönefeld Airport take the Airport-
express or the S-Bahn line S 9 to the railway
station Berlin ostbahnhof (19 resp. 32 minutes);
then take the Regionalexpress Re 1 to
Frankfurt (oder) Hauptbahnhof (appr. 1 hour).
by train
- take the train Regionalexpress Re 1 from the
Berlin railway stations Zoologischer Garten,
Hauptbahnhof, Friedrichstraße, Alexanderplatz
or ostbahnhof to Frankfurt (oder) Hauptbahnhof.
by car
- take the highway A 12 from Berlin in the direction
Frankfurt (oder) / Warschau (Warsaw); take
exit Frankfurt (oder)-West, at the traffic lights
turn left in the direction Beeskow and follow
the signs to “technologiepark ostbrandenburg”.
by tram in Frankfurt (oder)
- take the tram 3 or 4 from railway station Frankfurt
(oder) Hauptbahnhof in the direction Markendorf
ort to technologiepark (14 minutes).

Herausgeber / publisher
IHp GmbH – Innovations for High performance
Microelectronics / leibniz-Institut für innovative
Mikroelektronik
Postadresse / postbox
postfach 1466 / postbox 1466
15204 Frankfurt (oder)
Deutschland / Germany
Besucheradresse / Address for Visitors
Im technologiepark 25
15236 Frankfurt (oder)
Deutschland / Germany
Telefon / Fon +49 335 56 25 0
Telefax / Fax +49 335 56 25 300
e-Mail ihp@ihp-microelectronics.com
Internet www.ihp-microelectronics.com
I M p r e S S u M – I M p r I N t
Redaktion / editors
Dr. Wolfgang Kissinger / Heidrun Förster
Gesamtherstellung / production in design and layout
GIRAFFe Werbeagentur
leipziger Straße 187
15232 Frankfurt (oder)
Telefon / Fon +49 335 50 46 46
Telefax / Fax +49 335 50 46 45
e-Mail kontakt@giraffe.de
Internet www.giraffe.de
Bildnachweise / photocredits
Agentur GIRAFFe, IHp, Winfried Mausolf,
Rainer Weisflog
A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9

A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
IHP GmbH
leibniz-Institut für
innovative Mikroelektronik
Im Technologiepark 25
15236 Frankfurt (Oder)
Telefon +49 335 5625 0
Fax +49 335 5625 300
ihp@ihp-microelectronics.com
www.ihp-microelectronics.com
Konzeption & Design: Giraffe Werbeagentur
Fotos: Creative Collection, Dreamstime, Fotolia,
Giraffe Werbeagentur, IHP, Mausolf, Weisflog