Signal durch Spinausrichtungen im Magnetfeld basierend auf Siliziumkarbid Halbleiterwafern.
Beschreibung
Motivation
Eine neue und sehr vielversprechende Plattform für skalierbare Festkörper-Quantensensoren ist Siliziumkarbid (SiC), ein Material, das bereits heute im großen Maßstab in Halbleiterfabs verarbeitet wird. Im Bereich der Quantensensorik mit SiC lag der Fokus zunächst auf Silizium-Vakanzen (SiV). Als Alternative zum SiV-Farbzentrum rückt seit kurzem die Silizium-Divakanz (Si2V) in den Forschungsfokus, welche ähnliche Eigenschaften wie Diamantsensoren aufweist, da sie einen ähnlich hohen Spinkontrast zeigt, der maßgeblich für die Empfindlichkeit des Sensors ist. Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist nur die kontrollierbare Herstellung einzelner Si2V-Farbzentren und die Isolierung einzelner der gewünschten sog. PL6-Defekte möglich. Für die Messung makroskopischer Messgrößen wie z.B. in Magnetometern oder Gyroskopen wird aber ein Ensemble solcher Defekte benötigt.
Ziele und Vorgehen
Im Projekt QSi2V soll eine reproduzierbare und skalierbare Erzeugung von PL6-Defekten untersucht und ein Magnetfeldsensor mit Pikotesla-Empfindlichkeit entwickelt werden.
Innovation und Perspektiven
Die SiC-Technologie mit Farbzentren bietet durch etablierte Fertigungstechnologien für monolithisch integrierte Elektronik gegenüber der Diamant-Quantensensorik deutliche Vorteile für eine spätere industrielle Nutzung in hohen Stückzahlen. Mit der gezielten Beforschung eines neuen, potenziell deutlich empfindlicheren Farbzentrums in SiC sowie dessen mikroelektronischer Integration geht das QSi2V-Projekt entscheidende Schritte in Richtung hochempfindlicher, in großen Stückzahlen und kostengünstig fertigbarer Quantensensoren. Neben der Sensorik bieten die in QSI2V entwickelten Technologien ein Verwertungspotenzial im Bereich der Quantenkommunikation und des Quantencomputing.
