Ziel der Entwicklung
Es existiert bereits eine Reihe von Magnetfeldsensorkonzepten basierend auf NV-Zentren mit teils beachtlichen Sensitivitäten und geringen Baugrößen. Jedoch ist bisher noch kein Produkt oder Ansatz zur Industrialisierung solcher Magnetfeldsensoren öffentlich bekannt. Hierzu würde beispielsweise die Entwicklung von spezifischen Sensoren oder optischen Elementen zählen, um durch hohe Spezifizität Performanceverbesserungen und Kostenvorteile zu erreichen. Das Vorhaben KoSenDi setzte hier an und hatte zum Ziel, eine effiziente Referenzsignalbestimmung und die Optimierung der Lichtdetektion für die Fluoreszenzanregung und -auslese von NV-Zentren in ODMR-basierten Magnetometer zu erforschen. Denn die Sensitivität solcher Sensorsysteme hängt immer kritisch vom Signal-Rausch-Verhältnis der Lichtdetektion und der Laseranregungslichtstärke ab, die überprüft werden sollte.
Vorteile und Lösungen
Um eine kompakte Magnetfeldsensoreinheit zu realisieren, wurden die Technologieschritte für zwei wesentliche Komponenten basierend auf NV-Zentren in Diamant entwickelt und die hergestellten Bauelemente mit wissenschaftlichen Methoden bewertet: Einerseits wurde eine teiltransparente Fotodiode entwickelt, mit Hilfe derer die Lichtstärke für die Anregung der Fotolumineszenz direkt im Lichtstrahl ohne weitere optische Komponenten charakterisiert werden kann. Andererseits konnten erfolgreich dünnschichtbasierte Filterschichten mit Standard-Siliziumfotodioden kombiniert werden, die eine effektive Unterdrückung des Fluoreszenzanregungslichts bewirken, ohne die Effizienz der Detektion des Fluoreszenzlichts einzuschränken. In verschiedenen Aufbauten wurde die Funktionalität am Beispiel von Magnetfeldmessungen demonstriert.
Zielgruppe und Zielmarkt
Insgesamt bewegen sich die Projektergebnisse aus KoSenDi in einem dynamisch wachsenden Marktumfeld, was sehr gute Voraussetzungen für die wirtschaftliche Verwertung der Projektergebnisse in den Zielmärkten „Messgeräte“, „Magnetfeldsensoren“ und „Quantentechnologien“ darstellt.
Mit dem Ende der Projektlaufzeit stehen nunmehr Demonstratoren und aufbereitete Wissensdaten zur Verfügung, die interessierten Unternehmen unmittelbar zur Verfügung gestellt werden können und somit den Einstieg in gemeinsame Entwicklungsprojekte und den Transfer in eine wirtschaftliche Nutzung maßgeblich vereinfachen. Das CiS Forschungsinstitut ist nunmehr in der Lage (i) nach Kundenvorgaben optimierte Magnetfeldsensoren zu entwickeln, Klein- und Mittel-Serien im Kundenauftrag zu fertigen und mit technischer Dokumentation dem Kunden zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung zu stellen, (ii) die entwickelten Technologien für eigene FuE-Aktivitäten weiterzuverarbeiten und weiterzuentwickeln, und (iii) die technologischen Möglichkeiten so aufzubereiten, dass Anwendern und Nutzern auch in anderen Anwendungsfeldern der Mehrwert für ihre Applikation deutlich wird.
