Logo PTB

Erfolgreiche Herstellung von NanoSQUIDs für rauscharme Biosensoranwendungen

04.12.2019

Im Reinraumzentrum der PTB wurden NanoSQUID-Schaltungen basierend auf Josephson-Kontakten der Schichtenfolge Supraleiter-Isolator-Supraleiter (SIS) hergestellt. Gegenüber mit alternativen Technologien gefertigten Josephson-Kontakten zeichnen sich diese durch ihre besseren Rauscheigenschaften aus. Die neuen NanoSQUID-Sensoren werden künftig im Fachbereich „Biosignale“ der PTB für den Aufbau eines neuartigen Kernspinresonanz-Systems verwendet.

 

 

Ein SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) ist eine supraleitende Quantenschaltung basierend auf Josephson-Kontakten, mit der ultrasensitive Magnetfeldmessungen möglich sind. Für Anwendungen, welche extrem geringes Rauschen erfordern, ist es vorteilhaft, die üblichen Josephson-Kontakte bestehend aus der Schichtenfolge Supraleiter-Normalleiter-Supraleiter (SNS) durch Kontakte bestehend aus der Schichtenfolge Supraleiter-Isolator-Supraleiter (SIS) zu ersetzen.

Auf dieser technologischen Grundlage wurden im Reinraumzentrum der PTB in einem aufwändigen Herstellungsprozess mittels Elektronenstrahl-Lithographie und chemisch-mechanischem Polieren besonders kleine und komplexe SQUID-Sensoren hergestellt. Diese sogenannten NanoSQUIDs sind die für vielfältige Anwendungen geeignet, so z.B. für die ortsaufgelöste rauscharme Magnetfeldsensorik. Das Design und die Fertigung der Schaltungen geschah in einer Kooperation zwischen der PTB-Abteilung „Elektrizität“ in Braunschweig und der Abteilung „Temperatur und Synchrotronstrahlung“ in Berlin.

Erste NanoSQUID-Schaltungen konnten im PTB-Fachbereich „Biosignale“ (Berlin) bereits erfolgreich getestet werden. Bei diesen Untersuchungen zeigte sich, dass die NanoSQUID-Sensoren für Messanwendungen in einem Ultra-Low-Field-Kernspinresonanz-System (ULF-NMR) prädestiniert sind. Ein solches System befindet sich zurzeit im Fachbereich „Biosignale“ der PTB im Aufbau und soll zukünftig verbesserte Messmöglichkeiten für die Bio-Sensorik schaffen.

 

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines NanoSQUID-Chips

Bild 1: Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines NanoSQUID-Chips.