Präzision auf Quantenebene

Das Start-up Germanium Quantum Detectors entwickelt einen Photodektor auf Germanium-Basis, der kosteneffizienter und flexibler einsetzbar ist als herkömmliche Produkte. (Bild: Nico Scheller)

Wegen seiner kompakten Größe, bietet sich eine große Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten. Die Gründer*innen wollen ihre neuartigen Germanium-auf-Silizium-Photodetektoren auch für Hersteller im Bereich Autonomes Fahren und für die Medizintechnikbranche produzieren. (Bild: Nico Scheller)

Das Gründerteam von links nach rechts: Maurice Wanitzek, Claudia Bett, Dr. Maximilian Scheu und Jakob Finkbeiner. (Bild: Nico Scheller)

Hochsensible Lichtsensoren braucht man unter anderem in der Quantenkommunikation, der Medizintechnik und für das autonome Fahren. Forschende am Institut für Halbleitertechnik (IHT) an der Universität Stuttgart haben einen Photodetektor auf Germanium-Basis entwickelt, der kosteneffizienter und flexibler einsetzbar ist als herkömmliche Produkte. Um die Technologie marktfähig zu machen, gründen vier Nachwuchswissenschaftler*innen jetzt das Start-up „Germanium Quantum Detectors“.

„LabOne“ steht auf einem unscheinbaren grauen Metallwürfel mit nur acht Zentimetern Kantenlänge. Im Gehäuse des Prototyps befindet sich Hochtechnologie, die neue Marktstandards setzen soll: ein Mikrochip, auf dem vier sogenannte „Single-Photon Avalanche Diodes“ (SPADs) zusammengeschaltet sind. Mit dem hochempfindlichen Lichtsensor lassen sich einzelne Photonen, die kleinsten Lichtteilchen, und der präzise Zeitpunkt ihres Eintreffens messen. Photodetektoren aus Silizium sind heute in vielen Bereichen im Einsatz, unter anderem in 3D-Kameras von modernen Fahrassistenzsystemen. Das Besondere an der Neuentwicklung, die mit der Standard-Halbleiterfertigung voll kompatibel ist, ist die Verwendung geringer Mengen Germanium. Dieses Material absorbiert Licht im Infrarotbereich, was unter anderem beim autonomen Fahren große Vorteile bietet: Mit Germanium-basierten Photodetektoren werden Hindernisse auch auf größere Distanzen und bei schlechten Sichtverhältnissen schneller und genauer erkannt – ein enormer Gewinn an Sicherheit.

Germanium-basierte Photodetektoren kompakter und einfacher herstellbar

Warum sind solche Detektoren nicht schon flächendeckend im Einsatz? Ein Blick in ein Labor des Instituts für Halbleitertechnik (IHT) an der Universität Stuttgart gibt die Antwort: Dort steht ein Kühlaggregat von der Größe einer Minibar, in das der Prototyp schätzungsweise dreißigmal hineinpassen würde. Typische Detektoren für einzelne Photonen müssen auf fast -270 Grad Celsius gekühlt werden, um Verfälschungen der Signale zu verhindern. Der neuartige Germanium-auf-Silizium-Photodetektor erreicht schon bei -10 bis -20 Grad dasselbe Qualitätsniveau. Damit hat er nicht nur ein weit besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis, sondern bietet wegen seiner geringen Größe auch eine große Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten.

Der Weg vom Labor in die Praxis

Maurice Wanitzek, der die Technologie am IHT maßgeblich entwickelt hat, will sie nun gemeinsam mit drei Mitgründer*innen in die Praxis bringen. „Während meiner Promotion haben mir viele Industriepartner gesagt, dass sie das Produkt interessant fänden und es gern kaufen würden. Als Ingenieur habe ich natürlich den Traum, dass meine Entwicklung einen realen Nutzen hat und nicht in der Schublade landet. So entstand die Idee zu gründen.“ Wanitzek wandte sich an die Technologie-Transfer-Initiative (TTI GmbH) der Universität Stuttgart, um die Erfolgschancen einschätzen zu lassen. „Das Ergebnis hat mir Mut gemacht und auch bei den weiteren Schritten hat mir die TTI sehr geholfen.“ Ein Coach machte ihn auf das EXIST-Forschungstransferprogramm aufmerksam und half ihm bei der Vorbereitung der Bewerbung. Außerdem nahm Wanitzek an Workshops des Transfercenters der Universität (TRACES) für angehende Gründer*innen teil: „Dieser Austausch war sehr hilfreich. Und dass wir unsere Ideen in zehn Minuten präsentieren mussten, hat die Vorbereitung des Pitches für die EXIST-Bewerbung sehr erleichtert“, meint er.

„Wir unterstützen Gründerinnen und Gründer mit passgenauen Beratungs- und Förderangeboten dabei, ihre mutigen Ideen in die Praxis zu bringen“, sagt Professor Alexander Brem, Prorektor für Transfer und Internationales der Universität Stuttgart. „Das Team von Germanium Quantum Detectors zeigt, wie man Innovationen in einem Zukunftsfeld vorantreibt und dass es sich lohnt, den Schritt ins Unternehmertum zu wagen.“

Eine EXIST-Förderung von rund 1,2 Millionen Euro über zwei Jahre gibt dem vierköpfigen Gründerteam Rückenwind, ihre Technologie bis zur Marktreife weiterzuentwickeln. Die Gründer*innen Maurice Wanitzek, Experte für Mikroelektronik, der Schaltungsentwickler Jakob Finkbeiner, Claudia Bett, Physikerin mit Schwerpunkt Optik und Systemintegration, und Dr. Maximilian Scheu, ein auf Entrepreneurship spezialisierter Betriebswirt, haben ihr Büro am IHT. Sie arbeiten aber auch eng mit dem Institut für Mikroelektronik Stuttgart IMS-CHIPS zusammen. In dessen hochspezialisiertem Reinraum werden die Photodetektoren bis auf Weiteres produziert. Die Gründer*innen nutzen auch weiterhin das Workshop-Angebot von TRACES, zuletzt zum Thema Unternehmensrecht.

Mit viel Gestaltungsfreiheit etwas Neues aufbauen

„Wir haben die Aufgaben im Team entsprechend unseren Fachgebieten aufgeteilt und lernen unglaublich viel voneinander“, sagt Claudia Bett. Sie hat sich trotz eines Angebots aus der Industrie für das Start-up entschieden: „Ich möchte lieber in Eigenverantwortung arbeiten als fremdbestimmt. Gemeinsam etwas Neues aufzubauen, bietet sehr viel Gestaltungsfreiheit.“ Die ersten Kunden sind schon gewonnen: Forschende, die ein paar Gebäude entfernt Anwendungen der Quantenkryptografie entwickeln. Weil die elementaren Informationseinheiten (Quantenbits) via Photonen übertragen werden, benötigen sie dafür hochsensible Lichtsensoren.

In der nächsten Phase wollen die vier Gründer*innen für Hersteller im Bereich Autonomes Fahren produzieren, mittelfristig auch für die Medizintechnikbranche: Ihre Photodetektoren können beispielsweise in der Infrarot-Spektroskopie eingesetzt werden. Derzeit führt das Team zahlreiche Gespräche mit Unternehmen. Die größte Herausforderung, so Wanitzek, bestehe darin, so viele Kund*innen mit ähnlichen Anforderungen an das Produkt zu finden, dass eine wirtschaftliche Produktion möglich sei: „Wir hoffen, dass wir in fünf Jahren in der Gewinnzone sind – und dass wir durch unser Beispiel dann auch andere zum Gründen motivieren.“