Ausgabe zur SENSOR+TEST 2018

13 INNOVATIONEN D YCONEX AG, ein MST Unternehmen und weltweit führender Anbieter von hochkom- plexen Lösungen in der elektro- nischen Verbindungstechnik hat neue und innovative Methoden entwickelt, um intelligente, hermetisch verkapselte Sensor- module herzustellen - und das mit konventionellen Verfahren so wie sie aus der Leiterplat- tentechnik und Mikroelektronik bekannt sind. Das Basismaterial besteht aus sehr dünnen, flexiblen Liquid Crys- tal Polymer (LCP)-Folien, die zu mehrlagigen Sensorschaltungen aufgebaut werden. Neben Kupfer als konventionelles Leiterbahnma- terial können auch Dünnschichtwi- derstände aus Konstantan und Ti- tan integriert werden. Des Weiteren können passive und aktive Kom- ponenten in das Mehrlagensystem eingebettet werden, um die Integ- rationsdichte bei gleichzeitiger Mi- niaturisierung zu erhöhen. Die thermoplastischen Eigen- schaften von LCP erlauben die thermische Umformung der plana- ren Mehrlagensubstrate in beliebi- ge dreidimensionale Strukturen. LCP zeichnet sich unter den Kunststoffen durch eine äusserst niedrige Feuchtigkeitsaufnahme und bei geeignetem Design des Gesamtsystems auch durch eine sehr geringe Permeation von Flüs- sigkeiten und Gasen aus. Der Einsatz von LCP als Subst- ratmaterial sowie für die Verkapse- lung erlaubt es, die Module soweit hermetisch zu verkapseln, dass sie insbesondere vor aggressiven Flüssigkeiten und Gasen geschützt sind. Dies wurde durch umfangrei- che Tauchtests in verschiedenen Medien nachgewiesen. Die mit diesen Technologien hergestellten Module können in unterschiedlichsten Anwendungen der Medizintechnik, Lebensmittel- verarbeitung, Chemie, Pharmazie oder Industrie eingesetzt werden. Besuchen Sie DYCONEX am Stand 538 in Halle 1, um mehr über diese innovative Technologie zu erfahren. Halle 1, Stand 538: Miniaturisierte Sensormodule für raue Umgebungsbedingungen von DYCONEX Halle 1, Stand 454: Feuchtemessmodul für anspruchsvolle OEMAnwendungen  Miniaturisiertes Modul vor dem Falten  Gefaltetes Sensormodul TEXT & BILD: LEIBNIZ-INSTITUT FÜR PHOTONISCHE TECHNOLOGIEN E. V. ALBERT-EINSTEIN-STRASSE 9 07745 JENA GERMANY F orschern des Leibniz- Instituts für Photoni- sche Technologien Jena (Leibniz-IPHT) ist es gemeinsam mit Kollegen aus Karlsruhe, London und Mos- kau gelungen, erstmals einen kohärenten Quanteneffekt mit einem bei tiefen Temperatu- ren kontinuierlich supralei- tenden Nanodraht experimen- tell nachzuweisen und damit einen neuen Quantendetektor zu realisieren. Der nur wenige Nanometer große Sensor öffnet eine bis- lang verschlossene Tür der ex- perimentellen Quantenphysik und ermöglicht zukünftig die Erforschung völlig neuer phy- sikalischer Instrumente in der Quantenelektronik und Quanten- optik. Die Ergebnisse publizier- ten die Wissenschaftler Anfang April im renommierten Fach- journal Nature Physics. In der Veröffentlichung be- schreibt das internationale Wissenschaftler-Team ein funda- mentales quantenmechanisches Experiment: der erste Nachweis des Aharonov-Casher-Effekts mit einem Niobnitrid-Nanodraht in einem CQUID-Quantensensor (Charge Quantum Interference Device). Der Effekt, den die theoretischen Physiker Yakir Aharonov und Aharon Casher be- reits im Jahr 1984 postulierten, beschreibt die quantenmecha­ nische Bewegung magnetischer Flußquanten – den kleinsten Einheiten des Magnetfelds – um elektrische Ladungen. Anwen- dungsmöglichkeiten sehen die Wissenschaftler unter Anderem in einem zuverlässigen Standard zur Neudefinition der Maßein- heit Ampere, in hochauflösen- den photonischen Detektoren oder als Element zur Informa- tionsverarbeitung in Quanten- computern. CQUID: Ein neuer Quantensensor Der erstmals erfolgreich reali- sierte CQUID-Sensor ist das Ge- genstück zu den seit Jahrzehn- ten bekannten supraleitenden Quanten-Interferenz-Detektoren (SQUIDs), deren Funktionsweise auf der quantenmechanischen Bewegung elektrischer Ladun- gen um magnetische Flußquan- ten beruht. Im Gegensatz dazu bewegen sich in den CQUIDs die magnetischen Flußquan- ten um elektrische Ladungen im Supraleiter. Den Aharonov- Casher-Effekt konnten Forscher experimentell bisher nur in Su- praleitern mit gezielt präparier- ten Schwachstellen, den Jose- phson-Kontakten, nachweisen. „Ob man das Phänomen ohne Josephson-Kontakte, also in ei- nem Supraleiter ohne Schwach- stellen, beobachten kann, wurde in der wissenschaftlichen Ge- meinschaft bezweifelt. Es exis- tierte bis jetzt kein geeignetes Material, welches die Flußquan- ten ungehindert durchdringen konnten“, erklärt Quantenphy- siker Prof. Evgeni Il’ichev vom Leibniz-IPHT das wissenschaft- liche Problem. Den entscheiden- den Beitrag zur Realisierung des Experiments lieferten nun die ultradünnen, mittels Atomla- genabscheidung (ALD) gefertig- ten NbN-Schichten des Leibniz- IPHT. ALD-Niobnitrid: Ein Material mit einzigartigen physikalischen Eigenschaften Die Herausforderung für die Jenaer Forscher bestand darin, ein Material zu finden, dass ein quantenmechanisches Tunneln von magnetischen Flußquanten in bestimmten Bereichen der supraleitenden Struktur des CQUIDs, den Phase-Slip-Kon- takten, zulässt. „Uns fielen die besonderen strukturellen und elektrischen Eigenschaf- ten der mittels ALD erzeugten Schichten aus Niobnitrid auf. Eine spezielle Unordnung in der Kristallstruktur der Schich- ten ermöglicht erst das Tunneln der Flußquanten durch die zwei Ein-schnürungen in der CQUID- Struktur. Das heißt, sie können eine Barriere quantenmecha- nisch durchdringen – ein Phäno- men, das in unserer klassischen Welt nicht möglich ist“, so Dr. Sven Linzen, Physiker am Leib- niz-IPHT. Dank intensiver Tech- nologieforschung gelang es, die nur 3,3 Nanometer dicken NbN- Filme auf einen Silizium-Träger im Reinraum des Leibniz-IPHT aufzubringen. Aus ihnen präpa- rierten die Partner um Prof. Oleg Astafiev am National Physics La- boratory (NPL) in London den neuen CQUID-Quantensensor, mit dem der Nachweis des Quan- teneffekts gelang. „Mit dem NbN-Material und dessen Herstellungstechnolo- gie halten wir den Schlüssel zu einer bislang verschlosse- nen Tür der experimentellen Quantenphysik in der Hand. Wir stehen noch am Anfang, sehen die Anwendungsfelder der neu- en Phase-Slip-Kontakte und Quantensensoren aber ebenso vielfältig wie die Einsatzgebie- te der bekannten Josephson- Kontakte und SQUIDs. Denkbar sind die Entwicklung eines in der Elektronikindustrie dringend benötigten Standards zur präzi- sen Festlegung der Stromstärke in Analogie zum Josephson- Voltstandard, neue optische Detektorkonzepte oder ein Durchbruch bei der Realisierung anwendbarer Quantenbits als Grundbausteine für zukünftige Quantencomputer“, blickt Dr. Sven Linzen in die Zukunft. Die Originalveröffentlichung mit dem Titel „Charge quantum interference device“ von Sebas- tian E. de Graaf, Sebastian T. Skacel, Teresa Hönigl-Decrinis, Rais Shaikhaidarov, Hannes Rot- zinger, Sven Linzen, Mario Zieg- ler, Uwe Hübner, Hans-Georg Meyer, Vladimir Antonov, Evgeni Il’ichev, Alexey V. Ustinov, Alex- ander Tzalenchuk, Oleg V. Asta- fiev, erschien am 9. April 2018 in Nature Physics. www.leibniz-ipht.de Durchbruch in der Quantentechnologie: Ultradünner Supraleiter ebnet denWeg zu neuen Quantenelektronischen Instrumenten Elektronenmikroskopische Aufnahme (links) der experimentellen Realisierung des CQUIDS aus einem NbN-Nano- draht und schematische Darstellung des CQUIDs (rechts) mit der Bewegung des Flußquants ( Φ ) um eine Ladung (q). Die im linken Bild blau kolorierte Struktur wurde aus einer ultradünnen ALD-Niobnitrid-Schicht des Leibniz- IPHT präpariert. Quelle: NPL/Leibniz-IPHT. D ie Firma E+E Elekt- ronik entwickelt und produziert Sensoren und Messumformer für Feuchte, Temperatur, Taupunkt, Feuchte in Öl, Luftgeschwindig- keit, CO 2 und Durchfluss. Auf der diesjährigen Sensor+Test prä- sentiert der österreichische Sen- sorspezialist am E+E Messestand in Halle 1 / Stand 454 unter an- derem ein neues Feuchtemess- modul für OEM Anwendungen. EE1900 Feuchtemessmodul Das EE1900 Feuchtemessmodul ist für die hochgenaue Messung der re- lativen Feuchte in Klima- und Test- kammern bestimmt. Für ein breites Anwendungsspektrum sorgen die sehr gute Temperaturkompensation über den gesamten Arbeitsbereich von -70 °C bis 180 °C und die Aus- wahl zwischen Edelstahl- und Kunst- stofffühler. Das innovative HMC01 Sensor- element verleiht dem EE1900 eine ausgezeichnete Messgenauigkeit. Das einzigartige E+E Sensor-Coating schützt den Sensor optimal vor Staub und Schmutz. Dadurch kann das Feuchtemessmodul selbst in rauer Umgebung eingesetzt werden. Ausheizfunktion bei chemischer Kontamination Dank der Ausheizfunktion (Au- tomatic Recovery = ARC) kommt der Sensor gut mit chemischen Belastungen zurecht. Dabei wird die Kontamination durch ein kon- trolliertes Aufheizen des Sensors entfernt. Danach kehrt der Sensor rasch zu normalen Messbedingun- gen zurück. Der ARC-Modus kann entweder über einen Taster auf der Platine oder mittels elektrischem Signal aktiviert werden. Komfortable Konfiguration und Justage Das EE1900 Modul verfügt über einen Analogausgang der mittels Schiebeschalter auf der Platine wahl- weise als Strom- oder Spannungsaus- gang konfiguriert werden kann. Über die Serviceschnittstelle lässt sich die Ausgangsskalierung ändern und auch eine Justage durchführen. Die dazu benötigte Konfigurationssoftware EE-PCS steht kostenlos auf der E+E Web- site zur Verfügung. Der Betriebs- zustand des Moduls wird durch Status-LEDs sowie über die Aus- gangssignale angezeigt. Edelstahl- oder Kunststofffühler Das Feuchtemessmodul ist mit einem Edelstahl- oder Kunst- stofffühler (PPS) erhältlich. Das bis zu 3 m lange, flexible Fühler- kabel erleichtert die Montage des Feuchtefühlers. Die Platine ist in zwei ver- schiedenen Größen (55 mm x 46,5 mm oder 90 mm x 70 mm) verfügbar. Durch die kleinen Ab- messungen kann das Modul prob- lemlos in bestehende Klimakam- mern integriert werden. www.epluse.com Das EE1900 Feuchtemessmodul ist mit einem Edelstahl- oder Kunststoff- Fühler erhältlich