QSens: Überblick der 3 Verbundprojekte im Zukunftscluster

Das Ziel des QSens-Clusters ist es, die hervorragenden Ergebnisse der Grundlagenforschung im Bereich der Quantensensorik aus den Physiklaboren in industrielle Anwendungen im Alltag zu überführen. Das IMS CHIPS ist an drei Verbundprojekten im Rahmen von QSens beteiligt. In den ersten 3 Jahren soll anwendungsgetrieben an der Markteinführung der Quantensensorik in den Bereichen (Bio-)medizintechnik, Industriesensorik und Sensoren für die Forschung gearbeitet, sowie skalierbare Fertigungsmöglichkeiten aufzeigt werden.

Das Projekt QVOL beschäftigt sich dabei gezielt mit wesentlichen Enabling-Technologien für Sensoren basierend auf Festkörperdefekten in Siliziumkarbid, welche eine zentrale Rolle bei der industriellen Nutzung sowie der Steigerung der Skalierbarkeit dieses Sensortyps hin zur angestrebten Hochvolumenproduktion haben werden. Im Fokus des Projektes stehen neben der mikroelektronischen und photonischen Integration zur Miniaturisierung und Steigerung der Energieeffizienz dieser Sensoren Fragen der Empfindlichkeitssteigerung für drei verschiedene Ausprägungen SiC-basierter Quantensensoren im Fokus.

Die im QSCALE-Projekt verfolgte mikroelektronische und photonische Integration NV-Zentren-basierter Sensoren stellt eines der zentralen Werkzeuge zur Erhöhung der Skalierbarkeit einer Sensortechnologie dar, weil durch die Integration ein immenses Einsparpotential bzgl. der Baugröße sowie der Leistungsaufnahme des Sensors besteht. In Kombination mit der skalierbaren Herstellung des Sensorausgangsmaterials sowie gezielten Untersuchungen bzgl. der Zuverlässigkeit mikrohybrider Aufbau- und Verbindungstechnik für Quantensensoren legt das QSCALEProjekt die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für eine zukünftige Nutzung NV-Zentren-basierter Sensoren in Märkten mit moderaten bis hohen Stückzahlen und moderaten bis niedrigen Stückkosten.

QIND beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Sensoren für die industrielle Anwendung in der Prozesstechnik. Diese werden in der industriellen Fertigung (z. B. Lebensmittel- oder Pharmaindustrie) zur Erzeugung alltäglicher Güter in großen Stückzahlen benötigt. Die Herausforderungen dort sind eine hohe Genauigkeit und große Robustheit der Sensoren. Neue Quantensensoren können die Einsatzbandbreite und Genauigkeit wesentlich steigern. Untersucht und entwickelt werden NV-basierte Quantensensoren für den industriellen Einsatz in Extrembedingungen, insbesondere hinsichtlich Druck und Temperatur am Beispiel von Druck- und Füllstandssensoren. Neben dem Sensorkonzept spielt auch die Weiterentwicklung der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) sowie eine geeignete Integrationsstrategie eine zentrale Rolle.