Précision au niveau quantique

La start-up Germanium Quantum Detectors développe un photodétecteur à base de germanium, qui est plus économique et plus flexible à utiliser que les produits traditionnels. (Image : Nico Scheller)

En raison de sa taille compacte, il offre une grande variété de possibilités d'application. Les fondateurs et fondatrices souhaitent également produire leurs nouveaux détecteurs de photons en germanium sur silicium pour les fabricants dans le domaine de la conduite autonome et pour le secteur de la technologie médicale. (Image : Nico Scheller)

L'équipe fondatrice de gauche à droite : Maurice Wanitzek, Claudia Bett, Dr. Maximilian Scheu et Jakob Finkbeiner. (Photo : Nico Scheller)

Les capteurs de lumière hypersensibles sont notamment nécessaires dans la communication quantique, la technologie médicale et pour la conduite autonome. Des chercheurs de l’Institut de technologie des semi-conducteurs (IHT) de l’Université de Stuttgart ont développé un photodétecteur à base de germanium, qui est plus économique et plus flexible que les produits conventionnels. Afin de rendre cette technologie commercialisable, quatre jeunes chercheurs fondent actuellement la start-up « Germanium Quantum Detectors ».

« LabOne » repose sur un modeste cube en métal gris de seulement huit centimètres de côté. À l’intérieur du prototype se trouve une haute technologie qui doit établir de nouvelles normes sur le marché : une micro-puce sur laquelle sont connectés quatre « Diodes Avalanche à Photon Unique » (SPAD). Avec ce capteur de lumière ultra-sensible, il est possible de mesurer des photons individuels, les plus petites particules de lumière, ainsi que le moment précis de leur arrivée. Les photodétecteurs en silicium sont aujourd’hui utilisés dans de nombreux domaines, notamment dans les caméras 3D des systèmes modernes d’aide à la conduite. Ce qui rend cette nouvelle solution, entièrement compatible avec la fabrication standard de semi-conducteurs, particulièrement innovante, c’est l’utilisation de petites quantités de germanium. Ce matériau absorbe la lumière dans le domaine de l’infrarouge, ce qui offre notamment de grands avantages pour la conduite autonome : avec des photodétecteurs à base de germanium, les obstacles peuvent être détectés plus rapidement et avec plus de précision à de plus grandes distances et par mauvais temps – un gain énorme en sécurité.

Photodétecteurs à base de germanium plus compacts et plus faciles à fabriquer

Pourquoi ces détecteurs ne sont-ils pas déjà largement utilisés ? Un regard dans un laboratoire de l’Institut de technologie des semi-conducteurs (IHT) de l’Université de Stuttgart donne la réponse : on y trouve un groupe de refroidissement de la taille d’un minibar, dans lequel le prototype pourrait probablement entrer environ trente fois. Les détecteurs typiques pour photons individuels doivent être refroidis à presque -270 degrés Celsius pour éviter toute distorsion du signal. Le nouveau photodétecteur à base de germanium sur silicium atteint déjà le même niveau de qualité à -10 à -20 degrés. Il offre donc non seulement un rapport coût-efficacité bien meilleur, mais aussi, grâce à sa petite taille, une grande variété d’applications possibles.

Du laboratoire à la pratique

Maurice Wanitzek, qui a largement contribué au développement de cette technologie à l’IHT, souhaite maintenant la faire passer de la recherche à la pratique en collaboration avec trois co-fondateurs. « Pendant ma thèse, de nombreux partenaires industriels m’ont dit que le produit les intéressait et qu’ils aimeraient l’acheter. En tant qu’ingénieur, je rêve évidemment que mon développement ait un réel bénéfice et ne reste pas dans un tiroir. C’est ainsi qu’est née l’idée de créer une entreprise. » Wanitzek s’est tourné vers l’initiative de transfert technologique (TTI GmbH) de l’Université de Stuttgart pour évaluer ses chances de succès. « Le résultat m’a encouragé, et la TTI m’a beaucoup aidé dans les étapes suivantes. » Un coach lui a fait connaître le programme de transfert de recherche EXIST et l’a aidé à préparer sa candidature. De plus, Wanitzek a participé à des ateliers du centre de transfert de l’université (TRACES) pour futurs entrepreneurs : « Cet échange a été très utile. Et le fait que nous ayons dû présenter nos idées en dix minutes a grandement facilité la préparation du pitch pour la candidature à EXIST », explique-t-il.

« Nous accompagnons les entrepreneurs avec des conseils et des aides adaptées pour transformer leurs idées audacieuses en réalité », déclare le professeur Alexander Brem, vice-recteur en charge du transfert et de l’international à l’Université de Stuttgart. « L’équipe de Germanium Quantum Detectors montre comment innover dans un domaine d’avenir et qu’il vaut la peine de franchir le pas vers l’entrepreneuriat. »

Une subvention de l’initiative EXIST d’environ 1,2 million d’euros sur deux ans donne un coup de pouce à l’équipe de quatre fondateurs pour continuer à développer leur technologie jusqu’à sa mise sur le marché. Les fondateurs Maurice Wanitzek, expert en microélectronique, le concepteur de circuits Jakob Finkbeiner, Claudia Bett, physicienne spécialisée en optique et en intégration de systèmes, et le Dr Maximilian Scheu, économiste d’entreprise spécialisé dans l’entrepreneuriat, ont leur bureau à l’IHT. Ils collaborent également étroitement avec l’Institut de microélectronique de Stuttgart IMS-CHIPS. Dans son laboratoire ultra-sécurisé, ils produisent pour l’instant les photodétecteurs. Les fondateurs continuent aussi à profiter des ateliers de TRACES, récemment sur le droit des entreprises.

Construire quelque chose de nouveau avec beaucoup de liberté de création

« Nous avons réparti les tâches au sein de l’équipe selon nos spécialités et apprenons énormément les uns des autres », explique Claudia Bett. Malgré une proposition d’emploi dans l’industrie, elle a choisi de rejoindre la start-up : « Je préfère travailler en toute responsabilité plutôt que sous contrainte. Construire quelque chose de nouveau ensemble offre une grande liberté de création. » Les premiers clients sont déjà conquis : des chercheurs développant des applications de cryptographie quantique à quelques bâtiments de là. Comme l’information quantique (qubits) est transmise par photons, ils ont besoin de capteurs de lumière très sensibles.

Dans la prochaine étape, les quatre fondateurs souhaitent produire pour des fabricants dans le domaine de la conduite autonome, puis à moyen terme pour le secteur médical : leurs photodétecteurs pourraient notamment être utilisés en spectroscopie infrarouge. Actuellement, l’équipe mène de nombreuses discussions avec des entreprises. La plus grande difficulté, selon Wanitzek, consiste à trouver suffisamment de clients ayant des exigences similaires pour rendre la production économiquement viable : « Nous espérons être rentables dans cinq ans – et que notre exemple motivera d’autres à se lancer dans l’entrepreneuriat. »