QSens: Volumenfertigung von Quantensensoren am Beispiel von Magnetfeldsensoren in Siliziumcarbid (QVOL) - B

Abstract

Im Rahmen des BMBF-Projekts „QVOL – Volumenfertigung von Quantensensoren am Beispiel von Magnetfeldsensoren in Siliziumkarbid“ wurde die laborprototypische Umsetzung skalierbarer Technologien für Quantensensoren auf Basis von Defektzentren in Siliziumkarbid (SiC) angestrebt. Ziel war es, die notwendigen wissenschaftlich-technischen Grundlagen zu erforschen und mögliche industrielle Fertigungsprozesse zu erarbeiten, um die Miniaturisierung, Integration und Skalierbarkeit dieser Sensoren entscheidend voranzubringen. Damit sollten die Voraussetzungen geschaffen werden, um die Quantensensorik aus dem Forschungslabor in die industrielle Anwendung zu überführen und langfristig eine Hochvolumenproduktion zu ermöglichen. Im Fokus standen unterschiedliche Sensortypen basierend auf Fehlstellen in SiC, deren Komponenten (Laser, Defektschichten, SiN-Photonik, Ausleseelektronik) neuartig kombiniert und mittels photonischer Wirebonds sowie CMOS-kompatibler Mikrosystemtechnik integriert wurden. Die zentrale Herausforderung war dabei die Integration von Quantentechnologie in bestehende industrielle Prozesse und Materialien, insbesondere die Nutzung bereits etablierter SiC-Technologien aus der Leistungselektronik zur Realisierung quantensensitiver Strukturen. As part of the BMBF project “QVOL - Volume production of quantum sensors using the example of magnetic field sensors in silicon carbide”, the laboratory prototype implementation of scalable technologies for quantum sensors based on defect centers in silicon carbide (SiC) was sought. The aim was to research the necessary scientific and technical fundamentals and develop possible industrial manufacturing processes in order to significantly advance the miniaturization, integration and scalability of these sensors. The aim was to create prerequisites for transferring quantum sensor technology from the research laboratory to industrial application and enabling high-volume production in the long term. The focus was on different sensor types based on defects in SiC, whose components (laser, defect layers, SiN photonics, readout electronics) were combined in a novel way and integrated using photonic wirebonds and CMOS-compatible microsystem technology. The central challenge here was the integration of quantum technology into existing industrial processes and materials, in particular the use of already established SiC technologies from power electronics to realize quantum-sensitive structures.