Drucker für ultraflache Chipkontaktierungen und 3D-Metallisierungen (Teilfinanzierung)

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538860329

Gegenstand dieses Antrags ist die Beschaffung eines Systems („Druckers“) für die additive Herstellung von niederinduktiven und ultraflachen Chipkontaktierungen sowie passiven elektrischen Strukturen („Metallisierungen“) auf zwei- und drei-dimensionalen Oberflächen. Im heutigen Stand der Technik stellt die Aufbau- und Verbindungstechnik oftmals den Flaschenhals für die Miniaturisierung performanter Quantensysteme dar. Eine wichtige Einschränkung besteht dabei häufig in der minimalen Höhe sowie parasitären Induktivität konventioneller elektrischer Kontaktierungen mittels Drahtbonds. Das beantragte Gerät ermöglicht hier eine deutliche Reduktion der minimalen Höhe der Kontakte bis hinab zu wenigen Mikrometern sowie eine deutliche Verringerung der Verbindungslänge, welche eins-zu-eins mit der parasitären Induktivität korreliert. Da das beantragte Gerät in einem Zug das Drucken der Kontaktierung sowie der für spinbasierte Qubits benötigten Spulen- bzw. Resonatorstrukturen ermöglicht, können parasitäre Induktivitäten zwischen Spule/Resonator und Chip von wenigen 100 pH erzielt werden, wodurch ein direktes Treiben der Spule/des Resonators ohne die typischerweise genutzte 50 Ω-Anpassung ermöglicht wird. Das direkte Injizieren des Stroms in die Spulenstruktur ist dabei deutlich energieeffizienter und ermöglicht so signifikante Einsparungen in der Verlustleistung zukünftiger integrierter spinbasierter Quantensysteme. Darüber hinaus ermöglicht das beantragte Gerät die Metallisierung arbiträrer dreidimensionaler Geometrien, welche zur Herstellung dreidimensionaler Spulen und Resonatoren genutzt werden sollen. Solch dreidimensionale Mikrospulen und Mikroresonatoren weisen im Vergleich zu planaren Geometrien eine deutlich bessere Homogenität der erzeugten hochfrequenten Magnetfelder auf. HF- bzw. Mikrowellenmagnetfelder hoher Homogenität sind dabei eine Grundvoraussetzung für fast alle modernen gepulsten Steuersequenzen für Spinqubits. Die 3D-Spulen bzw. Resonatoren können dabei im ersten Schritt mittels einer z. B. 3D-gedruckten Form und des beantragten Geräts hergestellt werden. Im zweiten Schritt werden die Ansteuer-ICs mittels Pick-and-Place neben dem Resonator/der Spule platziert, um dann im abschließenden dritten Schritt wiederum mittels des beantragten Geräts den elektrischen Kontakt mit geringer Einfügeinduktivität zwischen IC und Resonator/Spule herzustellen. Auf diese Weise können integrierte Quantensysteme realisiert werden, welche sowohl in Performance und Energieeffizienz den Stand der Technik verbessern als auch perspektivisch eine Fertigung bis hin zu mittleren Stückzahlen erlauben. Das beantragte Gerät soll insgesamt also für die Erforschung neuer Konzepte für die Steigerung der Performance und der Miniaturisierbarkeit von Quantensensoren mittels hybrider Mikrointegration zum Einsatz kommen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Drucker für ultraflache Chipkontaktierungen und 3D-Metallisierungen (Teilfinanzierung)
• Gerätegruppe: 2110 Formen-, Modellherstellung und gießereitechnische Maschinen
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiter: Professor Dr. Jens Anders