Precisie op kwantumniveau

De start-up Germanium Quantum Detectors ontwikkelt een fotodetector op germaniumbasis, die kosteneffectiever en flexibeler inzetbaar is dan traditionele producten. (Afbeelding: Nico Scheller)

Vanwege zijn compacte formaat biedt het een grote verscheidenheid aan toepassingsmogelijkheden. De oprichters willen hun innovatieve germanium-op-silicium-beelddetectoren ook produceren voor fabrikanten in de autonome rijtechnologie en voor de medische technologiebranche. (Afbeelding: Nico Scheller)

Het oprichtersteam van links naar rechts: Maurice Wanitzek, Claudia Bett, Dr. Maximilian Scheu en Jakob Finkbeiner. (Afbeelding: Nico Scheller)

Hochgevoelige lichtsensoren heb je onder andere nodig in kwantumcommunicatie, medische technologie en voor autonoom rijden. Onderzoekers aan het Instituut voor Halfgeleidertechniek (IHT) aan de Universiteit van Stuttgart hebben een fotodetector op germaniumbasis ontwikkeld, die kostenefficiënter en flexibeler inzetbaar is dan traditionele producten. Om de technologie op de markt te brengen, richten vier jonge wetenschappers nu de start-up „Germanium Quantum Detectors“ op.

„LabOne“ staat op een onopvallende grijze metalen kubus met slechts acht centimeter zijden. In de behuizing van het prototype bevindt zich geavanceerde technologie die nieuwe marktstandaarden moet zetten: een microchip waarop vier zogenaamde „Single-Photon Avalanche Diodes“ (SPADs) zijn aangesloten. Met de hooggevoelige lichtsensor kunnen individuele fotonen, de kleinste lichtdeeltjes, en het precieze tijdstip van hun aankomst worden gemeten. Fotodetectoren van silicium worden tegenwoordig in veel sectoren gebruikt, onder andere in 3D-camera's van moderne rijhulpsystemen. Het bijzondere aan de nieuwe ontwikkeling, die volledig compatibel is met de standaard halfgeleiderproductie, is het gebruik van kleine hoeveelheden germanium. Dit materiaal absorbeert licht in het infraroodgebied, wat onder andere bij autonoom rijden grote voordelen biedt: met germanium-gebaseerde fotodetectors worden obstakels op grotere afstanden en bij slechte zichtomstandigheden sneller en nauwkeuriger herkend – een enorme veiligheidswinst.

Germanium-gebaseerde fotodetectors compacter en eenvoudiger te produceren

Waarom worden zulke detectors niet al op grote schaal ingezet? Een blik in een laboratorium van het Instituut voor Halfgeleidertechniek (IHT) aan de Universiteit van Stuttgart geeft het antwoord: daar staat een koelunit ter grootte van een minibar, waarin de prototype naar schatting dertig keer zou passen. Typische detectors voor individuele fotonen moeten worden gekoeld tot bijna -270 graden Celsius om signaalvervorming te voorkomen. De nieuwe germanium-op-silicon- fotodetector bereikt hetzelfde kwaliteitsniveau al bij -10 tot -20 graden. Daarmee heeft hij niet alleen een veel betere kosten-batenverhouding, maar biedt hij vanwege zijn geringe formaat ook een grote verscheidenheid aan toepassingsmogelijkheden.

De weg van laboratorium naar praktijk

Maurice Wanitzek, die de technologie bij het IHT voornaam heeft ontwikkeld, wil deze nu samen met drie medeoprichters in de praktijk brengen. „Tijdens mijn promotie hebben veel industriële partners gezegd dat ze het product interessant vonden en het graag zouden kopen. Als ingenieur heb ik natuurlijk de droom dat mijn ontwikkeling een echte meerwaarde heeft en niet in de lade verdwijnt. Zo ontstond het idee om te starten.“ Wanitzek wendde zich tot de Technologie-Transfer-Initiative (TTI GmbH) van de Universiteit van Stuttgart om de kansen op succes in te schatten. „Het resultaat gaf me moed en ook bij de verdere stappen heeft de TTI me erg geholpen.“ Een coach wees hem op het EXIST-onderzoeks- en innovatiefonds en hielp hem bij de voorbereiding van de aanvraag. Daarnaast nam Wanitzek deel aan workshops van het Transfercentrum van de universiteit (TRACES) voor aankomende oprichters: „Deze uitwisseling was erg nuttig. En dat we onze ideeën in tien minuten moesten presenteren, heeft de voorbereiding van de pitch voor de EXIST-aanvraag aanzienlijk vergemakkelijkt“, zegt hij.

„We ondersteunen oprichters met passende advies- en subsidieaanbiedingen om hun moedige ideeën in de praktijk te brengen“, zegt professor Alexander Brem, prorector voor transfer en internationalisering aan de Universiteit van Stuttgart. „Het team van Germanium Quantum Detectors laat zien hoe je innovaties in een toekomstig veld kunt stimuleren en dat het de moeite waard is om de stap naar ondernemerschap te zetten.“

Een EXIST-subsidie van ongeveer 1,2 miljoen euro over twee jaar geeft het vierkoppige oprichtings-team extra steun om hun technologie verder te ontwikkelen tot aan de marktintroductie. De oprichters Maurice Wanitzek, expert in micro-elektronica, de schakelingenontwikkelaar Jakob Finkbeiner, Claudia Bett, natuurkundige met specialisatie in optica en systeemintegratie, en Dr. Maximilian Scheu, een bedrijfskundige gespecialiseerd in ondernemerschap, hebben hun kantoor bij het IHT. Ze werken ook nauw samen met het Instituut voor Micro-elektronica Stuttgart IMS-CHIPS. In de hooggespecialiseerde cleanroom van dit instituut worden de fotodetectors voorlopig geproduceerd. De oprichters maken ook gebruik van de workshop-aanbiedingen van TRACES, laatst nog over ondernemingsrecht.

Met veel ontwerpruimte iets nieuws opbouwen

„We hebben de taken binnen het team verdeeld volgens onze vakgebieden en leren ontzettend veel van elkaar“, zegt Claudia Bett. Ondanks een aanbod uit de industrie heeft ze voor de start-up gekozen: „Ik wil liever in eigen verantwoordelijkheid werken dan onder dwang. Samen iets nieuws opbouwen biedt heel veel ontwerpruimte.“ De eerste klanten zijn al binnen: onderzoekers die enkele gebouwen verder toepassingen ontwikkelen voor kwantumcryptografie. Omdat de elementaire informatieneheden (quantumbits) via fotonen worden overgedragen, hebben ze daarvoor hooggevoelige lichtsensoren nodig.

In de volgende fase willen de vier oprichters produceren voor fabrikanten in de sector van autonoom rijden, en op middellange termijn ook voor de medische technologie. Bijvoorbeeld, hun fotodetectors kunnen worden ingezet in infraroodspectroscopie. Het team voert momenteel talrijke gesprekken met bedrijven. De grootste uitdaging, aldus Wanitzek, is het vinden van zoveel klanten met vergelijkbare eisen aan het product dat een economische productie mogelijk is: „We hopen dat we over vijf jaar winst maken – en dat we met ons voorbeeld anderen motiveren om te starten.“