Fotofinish in der Datenübertragung

News: Fotofinish in der Datenübertragung

Elektroingenieure der ETH Zürich erreichen Spitzenwerte in der Hochgeschwindigkeits-Elektronik. Ein Lichtdetektor kombiniert mit einem elektronischen Verstärker machen es möglich, daß riesige Datenmengen von sechzig Milliarden Bits pro Sekunde übermittelt werden können. Das ist über sechs Mal mehr als üblich. Grundlage dieses Erfolgs ist eine neue Bauweise aus einem leistungsfähigen Halbleitermaterial.

Wer über einen ISDN-Anschluß verfügt, kann Daten mit einer Geschwindigkeit von 64 Kilobit pro Sekunde übertragen. Dies sind verschwindend kleine Datenmengen angesichts der neuesten Errungenschaften in der Mikro- und Optoelektronik. Elektroingenieuren am Institut für Elektronik der ETH Zürich ist es gelungen, Verstärker mit Bandbreiten bis zu fünfzig Gigahertz zu entwickeln. Damit ist es möglich, etwa sechzig Milliarden Bits pro Sekunde zu übertragen – rund eine Million mal mehr als über eine herkömmliche ISDN-Leitung. Der heute gängige Wert in der Hochleistungselektronik liegt bei zehn Milliarden Bits pro Sekunde. Der Schlüssel zur Spitzenleistung liegt in der unkonventionellen Konstruktion und Kombination von Halbleiter-Bauelementen. Die ETH-Forscher haben beides erfolgreich umgesetzt: Ein schneller Lichtdetektor verbunden mit einem elektronischen Verstärker sorgen für rasante Tempi in der Datenübertragung.

"Unsere Motivation ist einfach: Wir wollen große Datenmengen so rasch wie möglich übermitteln. Im Informationszeitalter sind wir auf optimal funktionierende Kommunikationsnetze angewiesen. Hier braucht es neue elektronische Bauelemente, welche die reibungslose Datenkommunikation bei höchsten Geschwindigkeiten ermöglichen", skizziert Alex Huber seine Absichten. Zusammen mit anderen Nachwuchsforschern des Instituts für Elektronik der ETH Zürich betreibt er unter Leitung von Professor Heinz Jäckel seit sechs Jahren fortgeschrittene Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Hochgeschwindigkeitselektronik.

Für die Realisierung der erfolgsversprechenden Schaltungen konnten die Forscher auf Bewährtes aus dem eigenen Haus zurückgreifen. In den Labors des Instituts für Quantenelektronik (IQE) werden bei Prof. Hans Melchior seit Jahren Photodetektoren und Transistoren hergestellt. Ausgangspunkt für die Herstellung ist eine Halbleiter-Scheibe (sogenannter Wafer) von fünf Zentimetern Durchmesser und 0.4 Millimeter Dicke. Als Halbleiter verwenden die ETH-Forscher nicht wie bisher Silicium, sondern Indium-Phosphid (InP) und Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs). Der Wafer wird unter absolut staubfreien Bedingungen im Reinraum Ätz- und Lithographieprozessen unterzogen. Dadurch entstehen an den gewünschten Stellen Elemente wie Transistoren und Fotodioden, welche durch Aufdampfen von Metallen zur integrierten Schaltung verbunden werden.

Ein weiterer Grund für den Erfolg liegt im Konzept der Schaltungen. Diese sind kompakter und kleiner als herkömmliche, weil die Fotodiode (Lichtdetektor) und der elektronische Verstärker (sogenannter Receiver) auf demselben Chip integriert sind. Dies ist bei derart hohen Frequenzen von entscheidender Bedeutung.

Die bisherige Bestleistung hatte die japanische Firma NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation) aufgestellt. Die ETH-Forscher verwendeten jetzt eine einfachere Struktur der Schaltungen. "Primär wollen wir systematisch den Spielraum und damit die Grenzen der Transistortechnik ausloten. Ziel ist es, Bandbreiten von 100 Gigabits pro Sekunde beziehungsweise 10 mal schnellere Übertragungswerte als heute üblich zu erschliessen", umreisst Prof. Heinz Jäckel das Fernziel.