DE102017205268A1 - Method for manufacturing a crystal body unit for a sensor device, method for producing a sensor device, system and method for detecting a measured variable and sensor device - Google Patents

Method for manufacturing a crystal body unit for a sensor device, method for producing a sensor device, system and method for detecting a measured variable and sensor device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen einer Kristallkörpereinheit (1100) für eine Sensorvorrichtung. Das Verfahren weist einen Schritt des Herstellens einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem optisch zumindest partiell transparenten Trägersubstrat (1115) und zumindest einem Kristallkörper (100) mit zumindest einer Fehlstelle auf. Das Verfahren weist auch einen Schritt des Behandelns des Trägersubstrats (1115) und/oder des zumindest einen Kristallkörpers (100) auf. Dabei wird im Schritt des Behandelns der zumindest eine Kristallkörper (100) und/oder das Trägersubstrat (1115) in einzelne Segmente aufgeteilt.

Figure DE102017205268A1_0000
The invention relates to a method for manufacturing a crystal body unit (1100) for a sensor device. The method comprises a step of producing a material connection between an optically at least partially transparent carrier substrate (1115) and at least one crystal body (100) with at least one defect. The method also includes a step of treating the carrier substrate (1115) and / or the at least one crystal body (100). In this case, in the step of treating the at least one crystal body (100) and / or the carrier substrate (1115) is divided into individual segments.
Figure DE102017205268A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.

Beispielsweise können Stickstoff-Fehlstellen in einem Diamantgitter, auch als NV-Zentren (NV = Nitrogen Vacancy) bezeichnet, auf dem Gebiet der Sensorik angewandt werden. Durch Anregung der NV-Zentren mit Licht und Mikrowellenstrahlung kann eine magnetfeldabhängige Fluoreszenz derselben beobachtet werden.For example, nitrogen defects in a diamond lattice, also referred to as NV centers (NV = Nitrogen Vacancy), can be applied in the field of sensor technology. By exciting the NV centers with light and microwave radiation, a magnetic field-dependent fluorescence of the same can be observed.

Die DE 37 42 878 A1 beschreibt einen optischen Magnetfeldsensor, in dem ein Kristall als magnetempfindliches optisches Bauteil verwendet wird.The DE 37 42 878 A1 describes an optical magnetic field sensor in which a crystal is used as the magnetic-sensitive optical component.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Sensorvorrichtung, ein System, Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das zumindest eines der Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a sensor device, a system, methods, furthermore a control device which uses at least one of the methods, and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.

Gemäß Ausführungsformen können insbesondere unter Ausnutzung von Kristallkörper-Fehlstellen bzw. Kristallgitter-Fehlstellen Magnetfelder gemessen werden und entsprechende Magnetfeldsensoren vorteilhaft hergestellt werden. Hierbei können beispielsweise Eigenschaften von Kristallgitter-Fehlstellen bzw. kombinierten Stickstoff-Kohlenstofffehlstellen-Defektzentren in Diamant (Nitrogen-Vacancies in Diamond; sogenannten NV-Zentren) für hochempfindliche Magnetfeldsensorik genutzt werden. Insbesondere kann zur Herstellung zumindest eines Teils eines solchen Sensors ein Waferbondprozess oder Klebeprozess zur festen Verbindung eines Kristallkörpers, beispielsweise eines Diamantkristalls, mit einem mechanischen Träger verwendet werden. Somit kann insbesondere ein Verfahren zur Integration photonischer Diamantstrukturen in Magnetsensoren basierend auf Kristallgitter-Fehlstellen, zum Beispiel NV-Zentren in Diamant, bereitgestellt werden.According to embodiments, magnetic fields can be measured, in particular by utilizing crystal body defects or crystal lattice defects, and corresponding magnetic field sensors can be advantageously produced. For example, properties of crystal lattice defects or combined nitrogen-carbon defect centers in diamond (nitrogen vacancies in diamond, so-called NV centers) can be used for highly sensitive magnetic field sensors. In particular, for producing at least a part of such a sensor, a wafer bonding process or bonding process for firmly bonding a crystal body, for example a diamond crystal, with a mechanical support can be used. Thus, in particular, a method of integrating photonic diamond structures in magnetic sensors based on crystal lattice vacancies, for example NV centers in diamond, can be provided.

Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen insbesondere erreicht werden, mit minimaler Lichtleistung eine maximale Anzahl von Kristallgitter-Fehlstellen anzuregen. Es kann beispielsweise eine hohe Sensitivität bei minimalem Leistungsbedarf für eine Lichtanregung realisiert werden. Um eine möglichst hohe Integrationsdichte von Komponenten eines solchen Sensors zu erreichen, können bei einem Herstellungsverfahren unter anderem etablierte Prozesse und Strategien aus der MEMS-Technologie (MEMS = microelectromechanical systems) bzw. Mikrosystemtechnik zur Anwendung kommen, wie beispielsweise ein Aufeinanderstapeln von Einzelkomponenten und eine Integration von optischen und elektronischen Funktionsblöcken in einem miniaturisierten Sensor. Ein solcher Prozess aus der Mikrosystemtechnik kann insbesondere für eine Integration eines Kristallkörpers, beispielsweise eines Diamantkristalls, als Funktionsteil für einen solchen Sensor angewandt werden. Es kann eine kostengünstige Lösung bereitgestellt werden, um einen Kristallkörper mit massenfertigungstauglichen Verfahren zu bearbeiten. Auch kann eine genaue und berührungslose Messung bzw. Erfassung von Messgrößen, insbesondere von Magnetfeldern, ermöglicht werden. Ein weiterer Vorteil der vorgestellten Magnetsensortechnologie besteht unter anderem darin, dass auch bei starken Magnetfeldern, beispielsweise bis in den Tesla-Bereich, noch kleinste Änderungen im Pico-Tesla-Bereich detektiert werden können, was einen zuverlässigen und exakten Betrieb auch bei der einer Anwesenheit von hohen Störfeldern ermöglicht.Advantageously, according to embodiments can be achieved in particular to stimulate a maximum number of crystal lattice defects with minimal light output. For example, a high sensitivity with minimum power requirement for light excitation can be realized. In order to achieve the highest possible integration density of components of such a sensor, among other things, established processes and strategies from MEMS technology (microelectromechanical systems) or microsystem technology can be used in a production method, such as a stacking of individual components and an integration of optical and electronic function blocks in a miniaturized sensor. Such a process from microsystem technology can be used in particular for integration of a crystal body, for example a diamond crystal, as a functional part for such a sensor. An inexpensive solution can be provided to process a crystal body with mass production processes. Also, an accurate and non-contact measurement or detection of measured variables, in particular of magnetic fields, can be made possible. A further advantage of the presented magnetic sensor technology is, inter alia, that even with strong magnetic fields, for example up to the Tesla range, even the smallest changes in the pico-tesla range can be detected, resulting in reliable and exact operation even in the presence of high interference fields allows.

Es wird ein Verfahren zum Fertigen einer Kristallkörpereinheit für eine Sensorvorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist:

  • Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem optisch zumindest partiell transparenten Trägersubstrat und zumindest einem Kristallkörper mit zumindest einer Fehlstelle; und
  • Behandeln des Trägersubstrats und/oder des zumindest einen Kristallkörpers, wobei im Schritt des Behandelns der zumindest eine Kristallkörper und/oder das Trägersubstrat in einzelne Segmente aufgeteilt wird.
A method for manufacturing a crystal body unit for a sensor device is presented, wherein the method has at least the following steps:
  • Producing a cohesive connection between an optically at least partially transparent carrier substrate and at least one crystal body having at least one defect; and
  • Treating the carrier substrate and / or the at least one crystal body, wherein in the step of treating the at least one crystal body and / or the carrier substrate is divided into individual segments.

Die Sensorvorrichtung kann ausgebildet sein, um eine Messgröße zu erfassen. Die Messgröße kann beispielsweise ein externes Magnetfeld, ein elektrischer Strom, eine Temperatur, eine mechanische Spannung, ein Druck und zusätzlich oder alternativ eine andere Messgröße sein. Der Kristallkörper kann beispielsweise Diamant, Siliziumcarbid (SiC) oder hexagonales Bornitrid (h-BN) sein. Eine Fehlstelle kann beispielsweise eine Stickstoff-Fehlstelle in einem Diamant, eine Silizium-Fehlstelle in Siliziumcarbid oder ein Fehlstellen-Farbzentrum in hexagonalem Bornitrid sein. Anders ausgedrückt kann eine Fehlstelle eine Gitterfehlstelle bzw. Fehlstelle in einer Gitterstruktur des Kristallkörpers sein. Die Kristallkörpereinheit kann somit den zumindest einen Kristallkörper mit der zumindest einen Fehlstelle und zumindest einen Teilabschnitt des Trägersubstrats aufweisen. Im Schritt des Herstellens kann die stoffschlüssige Verbindung durch Waferbonden oder Kleben, insbesondere Wafer-to-Wafer-Bonden oder Chip-to-Wafer-Bonden hergestellt werden. Beispielsweise können beim Chip-to-Wafer-Bonden einzelne Funktionselemente auf einen vorprozessierten Wafer platziert und mit diesem, z. B. durch löten, bonden oder kleben, verbunden werden. Im Schritt des Herstellens kann der zumindest eine Kristallkörper einer Hauptoberfläche des Trägersubstrats angeordnet werden. Das Trägersubstrat kann als ein mechanischer Träger bezeichnet werden. Insbesondere kann das Substrat als ein Wafer, insbesondere ein Silizium-Wafer ausgeführt sein. Bei einer Ausführung des Trägersubstrats als Silizium-Wafer kann beispielsweise eine Weiterverarbeitung des zumindest einen Kristallkörpers mit halbleitertechnologischen Prozessen und Anlagen ermöglicht werden. Im Schritt des Behandelns können somit zumindest zwei Segmente erzeugt werden, wobei jedes Segment zumindest einen Kristallkörper und einen Teilabschnitt des Trägersubstrats aufweisen kann. So kann eine kostengünstige Herstellung miniaturisierter Kristallkörpereinheiten mit unaufwendiger Vereinzelung in Segmente erfolgen.The sensor device can be designed to detect a measured variable. The measured variable may be, for example, an external magnetic field, an electrical current, a temperature, a mechanical stress, a pressure and additionally or alternatively another measured variable. The crystal body may be, for example, diamond, silicon carbide (SiC) or hexagonal boron nitride (h-BN). For example, a defect may be a nitrogen defect in a diamond, a silicon defect in silicon carbide, or a vacancy color center in hexagonal boron nitride. In other words, a defect may be a lattice defect in a lattice structure of the crystal body. The crystal body unit can thus comprise the at least one crystal body with the at least one defect and at least one partial section of the body Have carrier substrate. In the step of manufacturing, the integral connection can be produced by wafer bonding or gluing, in particular wafer-to-wafer bonding or chip-to-wafer bonding. For example, in chip-to-wafer bonding, individual functional elements can be placed on a preprocessed wafer and used with this, for. B. by soldering, bonding or bonding, are connected. In the step of manufacturing, the at least one crystal body of a main surface of the support substrate may be arranged. The carrier substrate may be referred to as a mechanical carrier. In particular, the substrate may be designed as a wafer, in particular a silicon wafer. In one embodiment of the carrier substrate as a silicon wafer, for example, a further processing of the at least one crystal body with semiconductor technology processes and systems can be made possible. In the step of treating, at least two segments can thus be produced, wherein each segment can have at least one crystal body and a partial section of the carrier substrate. Thus, a cost-effective production of miniaturized crystal body units can be carried out with simple separation into segments.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Behandelns vor und zusätzlich oder alternativ nach dem Schritt des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindung ausgeführt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass mindestens der zumindest eine Kristallkörper auch in stark miniaturisierter Form einfach, genau und zuverlässig weiter bearbeitet werden kann.According to one embodiment, the step of treating may be performed before and additionally or alternatively after the step of producing the integral connection. Such an embodiment offers the advantage that at least the at least one crystal body can be further processed in a highly miniaturized form simply, accurately and reliably.

Auch kann im Schritt des Behandelns ein Teil des zumindest einen Kristallkörpers von dem Trägersubstrat entfernt werden. Hierbei kann ein Ätzprozess und zusätzlich oder alternativ ein Schleifprozess oder Polierprozess zur Anwendung kommen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der zumindest eine Kristallkörper auf zuverlässige und exakte Weise mit geeigneten bzw. erforderlichen Abmessungen versehen werden kann.Also, in the step of treating, a part of the at least one crystal body may be removed from the support substrate. In this case, an etching process and additionally or alternatively a grinding process or polishing process can be used. Such an embodiment offers the advantage that the at least one crystal body can be provided with suitable or required dimensions in a reliable and exact manner.

Zudem kann im Schritt des Behandelns der zumindest eine Kristallkörper strukturiert werden, um integrierte photonische Strukturelemente in dem zumindest einen Kristallkörper zu erzeugen. Dabei können integrierte photonische Strukturelemente optische Resonatoren, Lichtwellenleiterstrukturen, Antireflexstrukturen, Taperstrukturen oder optische Streugitter zur Einkopplung von Licht, Bragg-Gitter, quadratische Strukturen, in denen an einer angeschrägten Seitenkante Licht eingekoppelt und ausgekoppelt werden kann, oder dergleichen aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass bei minimaler Lichtleistung eine maximale Anzahl von Kristallgitter-Fehlstellen angeregt werden kann.In addition, in the step of treating, the at least one crystal body may be patterned to produce integrated photonic structural elements in the at least one crystal body. Integrated photonic structural elements may include optical resonators, optical waveguide structures, antireflection structures, tapered structures or optical scattering gratings for coupling light, Bragg gratings, square structures in which light can be coupled in and coupled out on a bevelled side edge, or the like. Such an embodiment offers the advantage that with minimal light output, a maximum number of crystal lattice defects can be excited.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Behandelns eine optische Filtereinrichtung an dem Trägersubstrat angeordnet werden. Insbesondere kann dabei eine optische Filterschicht auf eine Rückseite oder weitere Hauptoberfläche des optisch transparenten Trägersubstrats aufgebracht werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine weitere funktionale Integration bereits auf der Ebene der Kristallkörpereinheit erreicht werden kann.According to one embodiment, in the step of treating, an optical filter device may be arranged on the carrier substrate. In particular, an optical filter layer can be applied to a rear side or further main surface of the optically transparent carrier substrate. Such an embodiment offers the advantage that a further functional integration can already be achieved at the level of the crystal body unit.

Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Erzeugens des zumindest einen Kristallkörpers auf einem Wachstumssubstrat aufweisen. Alternativ kann ein Schritt des Bereitstellens zumindest eines erzeugten Kristallkörpers auf einem Wachstumssubstrat vorgesehen sein. Hierbei kann das Wachstumssubstrat nach dem Schritt des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindung in einem Schritt des Entfernens von dem zumindest einen Kristallkörper entfernt werden. Ein solcher Schritt des Entfernens kann vor oder nach dem Schritt des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindung ausgeführt werden. Optional kann zusätzlich ein Teil des zumindest einen Kristallkörpers im Schritt des Entfernens entfernt werden. Der Schritt des Entfernens kann unter Verwendung von Schleifen oder nass- bzw. trockenchemischen Ätzverfahren oder Polieren ausgeführt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auch speziell aufgewachsene Kristallkörper einfach und sicher für die Kristallkörpereinheit verwendet werden können.Further, the method may include a step of forming the at least one crystal body on a growth substrate. Alternatively, a step of providing at least one generated crystal body on a growth substrate may be provided. In this case, the growth substrate can be removed from the at least one crystal body in a step of removal after the step of producing the cohesive connection. Such a removal step may be performed before or after the step of producing the integral connection. Optionally, in addition, a part of the at least one crystal body can be removed in the removal step. The removing step may be carried out using grinding or wet or dry chemical etching or polishing. Such an embodiment offers the advantage that even specially grown crystal bodies can be easily and safely used for the crystal body unit.

Auch wird ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist:A method for producing a sensor device is also presented, wherein the method has at least the following steps:

Bereitstellen einer nach einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens gefertigten Kristallkörpereinheit, einer Lichtquelle zum Bestrahlen des Kristallkörpers der Kristallkörpereinheit mit Anregungslicht, einer Hochfrequenzeinrichtung zum Beaufschlagen des Kristallkörpers mit einem Hochfrequenzsignal und einer Detektionseinrichtung zum Detektieren zumindest einer Signaleigenschaft eines magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper in und/oder an einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat; und
Verbinden des ersten Substrats und des zweiten Substrats miteinander.
Providing a crystal body unit fabricated according to an embodiment of the above method, a light source for irradiating the crystal body of the crystal body with excitation light, a high frequency means for exciting the crystal body with a high frequency signal, and detecting means for detecting at least one signal characteristic of a magnetic field dependent fluorescence signal from the crystal body in and / or on a first substrate and a second substrate; and
Bonding the first substrate and the second substrate together.

Durch Ausführen des Verfahrens ist eine Ausführungsform der nachfolgend genannten Sensorvorrichtung herstellbar. Dabei kann eine Kristallkörpereinheit eingesetzt oder verwendet werden, die nach einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens gefertigt ist. Im Schritt des Verbindens können das erste Substrat und das zweite Substrat stoffschlüssig miteinander verbunden werden.By executing the method, an embodiment of the following sensor device can be produced. In this case, a crystal body unit can be used or used, which is manufactured according to an embodiment of the aforementioned method. In the joining step, the first substrate and the second substrate can be bonded together in a material-locking manner.

Gemäß einer Ausführungsform können im Schritt des Bereitstellens das erste Substrat mit der Lichtquelle bereitgestellt werden und das zweite Substrat mit der Detektionseinrichtung, der Kristallkörpereinheit und der Hochfrequenzeinrichtung bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Detektionseinrichtung in dem zweiten Substrat ausgeformt werden, kann die Kristallkörpereinheit an dem zweiten Substrat angeordnet oder ausgeformt werden und zusätzlich oder alternativ kann die Hochfrequenzeinrichtung an dem zweiten Substrat angeordnet oder ausgeformt werden. Insbesondere kann die Kristallkörpereinheit auf einem als Photodiodenwafer ausgeführten zweiten Substrat angeordnet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Sensorvorrichtung einfach, platzsparend und kostengünstig gefertigt werden kann. According to an embodiment, in the step of providing, the first substrate may be provided with the light source, and the second substrate may be provided with the detection means, the crystal body unit, and the high-frequency means. Additionally or alternatively, the detection device may be formed in the second substrate, the crystal body unit may be disposed or formed on the second substrate, and additionally or alternatively, the high-frequency device may be disposed or formed on the second substrate. In particular, the crystal body unit can be arranged on a second substrate designed as a photodiode wafer. Such an embodiment offers the advantage that the sensor device can be manufactured in a simple, space-saving and cost-effective manner.

Auch kann im Schritt des Bereitstellens eine optische Filtereinrichtung zwischen der Detektionseinrichtung und dem Kristallkörper oder der Kristallkörpereinheit bereitgestellt werden. Hierbei kann die Filtereinrichtung ausgebildet sein, um Anregungslicht herauszufiltern und das Fluoreszenzsignal zu der Detektionseinrichtung durchzulassen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die zumindest eine Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals einfacher, genauer und zuverlässiger detektiert werden kann.Also, in the step of providing, an optical filter device may be provided between the detection device and the crystal body or the crystal body unit. In this case, the filter device can be designed to filter out excitation light and to transmit the fluorescence signal to the detection device. Such an embodiment offers the advantage that the at least one signal property of the fluorescence signal can be detected in a simpler, more accurate and reliable manner.

Ferner wird ein Verfahren zum Erfassen einer Messgröße vorgestellt, wobei das Verfahren in Verbindung mit einer Ausführungsform einer nachfolgend genannten Sensorvorrichtung ausführbar ist, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist:

  • Bestrahlen des Kristallkörpers der Kristallkörpereinheit mit Anregungslicht;
  • Beaufschlagen des Kristallkörpers mit dem Hochfrequenzsignal, wobei eine Frequenz des Hochfrequenzsignals variiert wird;
  • Auswerten des magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper ansprechend auf das Anregungslicht und das Hochfrequenzsignal, um zumindest eine Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals zu ermitteln, bei der zumindest eine detektierte Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals eine vordefinierte Bedingung erfüllt; und
Furthermore, a method for detecting a measured variable is presented, wherein the method is executable in connection with an embodiment of a sensor device mentioned below, wherein the method has at least the following steps:
  • Irradiating the crystal body of the crystal body unit with excitation light;
  • Impinging the crystal body with the high-frequency signal, wherein a frequency of the high-frequency signal is varied;
  • Evaluating the magnetic field dependent fluorescence signal from the crystal body in response to the excitation light and the radio frequency signal to determine at least one excitation frequency of the radio frequency signal, wherein at least one detected signal property of the fluorescence signal satisfies a predefined condition; and

Bestimmen der Messgröße unter Verwendung der zumindest einen Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals.Determining the measurand using the at least one excitation frequency of the high frequency signal.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des hier vorgestellten Verfahrens zum Erfassen in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control unit which is designed to carry out, to control or to implement the steps of the method presented here for detecting in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.

Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM, eine optische Speichereinheit oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control unit can have at least one arithmetic unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or or at least a communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EPROM, an optical storage unit or a magnetic storage unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Steuerung zumindest einer Sensorvorrichtung, genauer gesagt der Lichtquelle, der Detektionseinrichtung und der Hochfrequenzeinrichtung einer Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise auf das Fluoreszenzsignal von der Detektionseinrichtung zugreifen. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Lichtquelle und die Hochfrequenzeinrichtung mittels Steuersignalen anzusteuern.In an advantageous embodiment, the control unit performs a control of at least one sensor device, more precisely the light source, the detection device and the high-frequency device of an embodiment of the aforementioned sensor device. For this purpose, the control unit can, for example, access the fluorescence signal from the detection device. The control unit can be designed to handle the Light source and the high-frequency device by means of control signals to control.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Es wird auch eine Kristallkörpereinheit für eine Sensorvorrichtung vorgestellt, wobei die Kristallkörpereinheit zumindest folgende Merkmale aufweist:

  • ein optisch zumindest partiell transparentes Trägersubstrat; und
  • zumindest einen Kristallkörper mit zumindest einer Fehlstelle, wobei zwischen dem optisch zumindest partiell transparenten Trägersubstrat und dem zumindest einen Kristallkörper eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt ist, wobei die Kristallkörpereinheit nach einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens gefertigt ist.
A crystal body unit for a sensor device is also presented, wherein the crystal body unit has at least the following features:
  • an optically at least partially transparent carrier substrate; and
  • at least one crystal body having at least one defect, wherein between the optically at least partially transparent carrier substrate and the at least one crystal body, a material connection is made, wherein the crystal body unit is manufactured according to an embodiment of the above method.

Es wird zudem eine Sensorvorrichtung vorgestellt, die zumindest folgende Merkmale aufweist:

  • eine nach einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens gefertigte Kristallkörpereinheit;
  • eine Lichtquelle zum Bestrahlen des Kristallkörpers der Kristallkörpereinheit mit Anregungslicht;
  • eine Hochfrequenzeinrichtung zum Beaufschlagen des Kristallkörpers mit einem Hochfrequenzsignal;
  • eine Detektionseinrichtung zum Detektieren zumindest einer Signaleigenschaft eines magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper;
  • ein erstes Substrat, wobei zumindest die Lichtquelle in und/oder an dem ersten Substrat angeordnet ist; und
  • ein zweites Substrat, wobei zumindest die Detektionseinrichtung in und/oder an dem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei die Kristallkörpereinheit und die Hochfrequenzeinrichtung in und/oder an dem ersten Substrat oder dem zweiten Substrat angeordnet sind, wobei das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbunden sind.
In addition, a sensor device is presented which has at least the following features:
  • a crystal body unit made according to one embodiment of the above method;
  • a light source for irradiating the crystal body of the crystal body unit with excitation light;
  • a high-frequency device for applying a high-frequency signal to the crystal body;
  • a detection device for detecting at least one signal characteristic of a magnetic-field-dependent fluorescence signal from the crystal body;
  • a first substrate, wherein at least the light source is disposed in and / or on the first substrate; and
  • a second substrate, wherein at least the detection device is arranged in and / or on the second substrate, wherein the crystal body unit and the high-frequency device are arranged in and / or on the first substrate or the second substrate, wherein the first substrate and the second substrate are interconnected are.

Die Detektionseinrichtung kann ausgebildet sein, um die zumindest eine Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper der Kristallkörpereinheit optisch und/oder elektrisch zu erfassen. Die zumindest eine Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper der Kristallkörpereinheit kann eine Lichtintensität sein. Somit kann die Detektionseinrichtung ausgebildet sein, um die zumindest eine Signaleigenschaft mittels einer optischen Auswertung über eine Intensität des Fluoreszenzsignals oder mittels einer elektrischen Auswertung über eine sogenannte Photocurrent Detection of Magnetic Resonance (PDMR) zu detektieren. Das Hochfrequenzsignal kann ein Mikrowellensignal oder anderes Hochfrequenzsignal sein. Das erste Substrat und das zweite Substrat können in einem miteinander verbundenen Zustand eine monolithisch integrierte Baugruppe eine gekapselte Baugruppe oder dergleichen repräsentieren. Das erste Substrat und das zweite Substrat können stoffschlüssig miteinander verbunden sein.The detection device may be configured to optically and / or electrically detect the at least one signal characteristic of the fluorescence signal from the crystal body of the crystal body unit. The at least one signal property of the fluorescence signal from the crystal body of the crystal body unit may be a light intensity. Thus, the detection device can be designed to detect the at least one signal property by means of an optical evaluation via an intensity of the fluorescence signal or by means of an electrical evaluation via a so-called Photocurrent Detection of Magnetic Resonance (PDMR). The high frequency signal may be a microwave signal or other high frequency signal. The first substrate and the second substrate may, in an interconnected state, represent a monolithically integrated package, an encapsulated package, or the like. The first substrate and the second substrate may be bonded together in a material-locking manner.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Sensorvorrichtung eine optische Filtereinrichtung zwischen der Detektionseinrichtung und dem Kristallkörper oder der Kristallkörpereinheit aufweisen. Hierbei kann die Filtereinrichtung ausgebildet sein, um Anregungslicht herauszufiltern und das Fluoreszenzsignal zu der Detektionseinrichtung durchzulassen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Detektieren der zumindest einen Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals einfacher, genauer und zuverlässiger erfolgen kann.According to one embodiment, the sensor device may comprise an optical filter device between the detection device and the crystal body or the crystal body unit. In this case, the filter device can be designed to filter out excitation light and to transmit the fluorescence signal to the detection device. Such an embodiment offers the advantage that the detection of the at least one signal property of the fluorescence signal can be made simpler, more accurate and more reliable.

Es wird ferner ein System zum Erfassen einer Messgröße vorgestellt, wobei das System zumindest folgende Merkmale aufweist:

  • zumindest ein Exemplar einer Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung; und
  • eine Ausführungsform des vorstehend genannten Steuergerätes, wobei das Steuergerät signalübertragungsfähig mit der zumindest einen Sensorvorrichtung verbindbar oder verbunden ist.
A system for detecting a measured variable is also presented, wherein the system has at least the following features:
  • at least one example of an embodiment of the aforementioned sensor device; and
  • An embodiment of the above-mentioned control unit, wherein the control unit is signal transmission capable connected to the at least one sensor device or connected.

Bei dem System kann somit zumindest ein Exemplar einer Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung eingesetzt oder verwendet werden, um in Verbindung mit einer Ausführungsform des vorstehend genannten Steuergerätes eine Messgröße zu erfassen.In the system, at least one example of an embodiment of the aforementioned sensor device can thus be used or used to detect a measured variable in conjunction with an embodiment of the aforementioned control device.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Stickstoff-Fehlstelle in einem Diamantgitter;
  • 2 bis 7 Energieschemata und Diagramme zu Fluoreszenzeigenschaften gemäß Ausführungsbeispielen;
  • 8 eine schematische Darstellung einer Ausrichtung einer Stickstoff-Fehlstelle in einem Diamantgitter;
  • 9 ein Mikrowellenfrequenz-Fluoreszenz-Diagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 10 eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 11 schematische Darstellungen zur Herstellung einer Kristallkörpereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 12 schematische Darstellungen zur Herstellung einer Kristallkörpereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 13 schematische Darstellungen zur Herstellung einer Kristallkörpereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 14 schematische Darstellungen zur Herstellung einer Kristallkörpereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 15 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Fertigen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 16 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
  • 17 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
  • 1 a schematic representation of a nitrogen defect in a diamond lattice;
  • 2 to 7 Energy schemes and diagrams of fluorescence properties according to embodiments;
  • 8th a schematic representation of an alignment of a nitrogen defect in a diamond lattice;
  • 9 a microwave frequency fluorescence diagram according to an embodiment;
  • 10 a schematic sectional view of a sensor device according to an embodiment;
  • 11 schematic representations for producing a crystal body unit according to an embodiment;
  • 12 schematic representations for producing a crystal body unit according to an embodiment;
  • 13 schematic representations for producing a crystal body unit according to an embodiment;
  • 14 schematic representations for producing a crystal body unit according to an embodiment;
  • 15 a flowchart of a method for manufacturing according to an embodiment;
  • 16 a flowchart of a method of manufacturing according to an embodiment; and
  • 17 a flowchart of a method for detecting according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Ferner werden nachfolgend Ausführungsbeispiele lediglich beispielhaft anhand von Stickstoff-Fehlstellen in einem Diamantgitter bzw. Diamant beschrieben.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted. Furthermore, exemplary embodiments are described below by way of example only with reference to nitrogen defects in a diamond lattice or diamond.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Stickstoff-Fehlstelle 105 in einem Diamantgitter 100 bzw. Diamant 100. Die Stickstoff-Fehlstelle 105 kann auch als ein Nitrogen-Vacancy-Zentrum 105 bzw. NV-Zentrum 105 bezeichnet werden. Ein Kohlenstoffatom ist hierbei durch ein Stickstoff-Atom 110 ersetzt, wobei ein direkt benachbartes Kohlenstoff-Atom im Diamantgitter 100 fehlt und sich somit die Stickstoff-Fehlstelle 105 ergibt. 1 shows a schematic representation of a nitrogen defect 105 in a diamond lattice 100 or diamond 100 , The nitrogen defect 105 can also act as a nitrogen vacancy center 105 or NV center 105 be designated. A carbon atom is here by a nitrogen atom 110 replaced, with a directly adjacent carbon atom in the diamond lattice 100 is missing and thus the nitrogen defect 105 results.

2 bis 7 zeigen Energieschemata und Diagramme zu Fluoreszenzeigenschaften gemäß Ausführungsbeispielen. Hierbei zeigt 2 ein Energieschema 200 ohne Hochfrequenzsignalanregung bzw. Mikrowellenanregung und ohne Magnetfeldanregung, wobei Anregungslicht hv 210, ein Fluoreszenzsignal 220 und drei Zustände 3A, 3E und 1A sowie jeweilige von Elektronen besetzbare Energieniveaus mS=0 und mS=±1 für die Zustände3A und 3E Elektronen dargestellt sind. 2 to 7 show energy schemes and diagrams to fluorescence properties according to embodiments. This shows 2 an energy scheme 200 without high-frequency signal excitation or microwave excitation and without magnetic field excitation, excitation light hv 210, a fluorescence signal 220 and three states 3 A, 3 E, and 1 A, and respective electron-occupy energy levels m S = 0 and m S = ± 1 for states 3 A and 3 E electrons.

3 zeigt ein Diagramm 300 zu dem Energieschema aus 2. In dem Diagramm 300 ist an der Abszissenachse 302 beispielhaft eine Mikrowellenfrequenz in Megahertz bzw. MHz oder Gigahertz bzw. Ghz aufgetragen und ist an der Ordinatenachse 304 eine Fluoreszenz in beliebigen Einheiten aufgetragen, wobei ein zur Ordinatenachse 304 paralleler Pfeil 306 ein ansteigendes Magnetfeld B symbolisiert. Ferner sind in 3 beispielhaft vier Kennlinien bzw. Graphen 310, 312, 314 und 316 dargestellt, die einen Fluoreszenzverlauf für unterschiedlich starke Magnetfelder repräsentieren. Ein erster Graph 310 repräsentiert ein Magnetfeld mit der Stärke 0, B=0; ein zweiter Graph 312 repräsentiert beispielsweise ein Magnetfeld mit der Stärke von 2,8 mT; ein dritter Graph 314 repräsentiert beispielsweise ein Magnetfeld mit der Stärke von 5,8 mT; ein vierter Graph 360 repräsentiert beispielsweise ein Magnetfeld mit der Stärke von 8,3 mT. Minima einer Fluoreszenz sind lediglich beispielhaft für den zweiten Graphen 312 mit ω1 und ω2 bezeichnet. Eine Markierung 320 auf dem ersten Graphen 310 repräsentiert den Sachverhalt aus dem Energieschema von 2, d. h. ohne Magnetfeld (B=0) und ohne Mikrowellenanregung bzw. einer Mikrowellenfrequenz f≠2,9GHz. 3 shows a diagram 300 to the energy scheme 2 , In the diagram 300 is at the abscissa axis 302 for example, a microwave frequency in megahertz or MHz or gigahertz or Ghz and is plotted on the ordinate axis 304 a fluorescence is plotted in arbitrary units, one to the ordinate axis 304 parallel arrow 306 a rising magnetic field B symbolizes. Furthermore, in 3 four characteristic curves or graphs, for example 310 . 312 . 314 and 316 represented, which represent a fluorescence course for different strength magnetic fields. A first graph 310 represents a magnetic field with the strength 0 , B = 0; a second graph 312 represents, for example, a magnetic field with the magnitude of 2.8 mT; a third graph 314 represents, for example, a magnetic field with the magnitude of 5.8 mT; a fourth graph 360 For example, it represents a magnetic field of 8.3 mT. Minima of fluorescence are merely exemplary of the second graph 312 denoted by ω 1 and ω 2 . A mark 320 on the first graph 310 represents the facts from the energy scheme of 2, d , H. without magnetic field (B = 0) and without microwave excitation or a microwave frequency f ≠ 2.9 GHz.

4 zeigt ein Energieschema 400 mit Mikrowellenanregung und ohne Magnetfeldanregung, wobei Anregungslicht hv 210, ein Hochfrequenzsignal 430 bzw. Mikrowellenstrahlung 430 und drei Zustände 3A, 3E und 1A sowie jeweilige Energieniveaus ms=0 und mS=±1 für die Zustände3A und 3E hinsichtlich Elektronen dargestellt sind. 4 shows a power scheme 400 with microwave excitation and without magnetic field excitation, where excitation light hv 210, a high frequency signal 430 or microwave radiation 430 and three states 3 A, 3 E and 1 A, and respective energy levels ms = 0 and m S = ± 1 for the states 3 A and 3 E with respect to electrons.

5 zeigt ein Diagramm 500 zu dem Energieschema aus 4. Das Diagramm 500 in 5 entspricht hierbei dem Diagramm aus 3 mit Ausnahme dessen, dass eine Markierung 520 auf dem ersten Graphen 310 den Sachverhalt aus dem Energieschema von 4 repräsentiert, d. h. ohne Magnetfeld (B=0) und mit Mikrowellenanregung bzw. einer Mikrowellenfrequenz f=2,9GHz. Die Markierung 520 ist hierbei in einem Bereich eines Minimums bzw. Fluoreszenzminimums des ersten Graphen 310 angeordnet. 5 shows a diagram 500 to the energy scheme 4 , The diagram 500 in 5 corresponds to the diagram 3 except that a mark 520 on the first graph 310 the facts from the energy scheme of 4 represents, ie without magnetic field (B = 0) and with microwave excitation or a microwave frequency f = 2.9 GHz. The mark 520 is here in a range of a minimum or Fluorescence minimums of the first graph 310 arranged.

6 zeigt ein Energieschema 600 mit Mikrowellenanregung und ohne Magnetfeldanregung, wobei Anregungslicht hv 210, Mikrowellenstrahlung 430 und drei Zustände 3A, 3E und 1A sowie jeweilige Energieniveaus ms=0 und mS=±1 für die Zustände3A und 3E hinsichtlich Elektronen dargestellt sind. Somit weisen die Zustände 3E hier ein weiteres Energieniveau bzw. zwei getrennte Energieniveaus ms=+1 und ms=-1 auf. 6 shows a power scheme 600 with microwave excitation and without magnetic field excitation, where excitation light hv 210, microwave radiation 430 and three states 3 A, 3 E and 1 A, and respective energy levels ms = 0 and m S = ± 1 for the states 3 A and 3 E with respect to electrons. Thus, states 3 E here have another energy level or two separate energy levels ms = + 1 and ms = -1.

7 zeigt ein Diagramm 700 zu dem Energieschema aus 6. Das Diagramm 700 in 7 entspricht hierbei dem Diagramm aus 3 bzw. 5 mit Ausnahme dessen, dass zwei Markierungen 720 und 725 auf dem zweiten Graphen 312 den Sachverhalt aus dem Energieschema von 6 repräsentieren, d. h. mit einem Magnetfeld (B≠0) und mit variabler Mikrowellenanregung bzw. einer Mikrowellenfrequenz. Die Markierungen 720 und 725 sind jeweils in einem Bereich jeweils eines Minimums bzw. Fluoreszenzminimums des zweiten Graphen 312 angeordnet. Beispielsweise ist eine erste Markierung 720 im Bereich eines ersten Minimums ω1 angeordnet und ist eine zweite Markierung 725 im Bereich eines zweiten Minimums ω2 angeordnet. 7 shows a diagram 700 to the energy scheme 6 , The diagram 700 in 7 corresponds to the diagram 3 respectively. 5 except that two marks 720 and 725 on the second graph 312 the facts from the energy scheme of 6 represent, ie with a magnetic field (B ≠ 0) and with variable microwave excitation or a microwave frequency. The marks 720 and 725 are each in a range of a minimum or minimum fluorescence of the second graph 312 arranged. For example, a first mark 720 arranged in the region of a first minimum ω 1 and is a second mark 725 arranged in the region of a second minimum ω 2 .

Unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 sind mit anderen Worten und zusammenfassend ausgedrückt Energieschemata und Diagramme hinsichtlich einer Funktionsweise einer Magnetfeldmessung über eine Fluoreszenzmessung bei zusätzlicher Mikrowellenanregung bzw. ein Beispiel für eine Messung von Magnetfeldern gezeigt. Stickstoff-Fehlstellen in Diamant weisen das in dem in 2 dargestellten Diagramm bzw. Energieschema 200 gezeigte Energiespektrum bei Raumtemperatur auf. Im Normalzustand, d. h. ohne Mikrowellen und ohne Magnetfeld, zeigt eine Stickstoff-Fehlstelle bei optischer Anregung eine Fluoreszenz im roten Wellenlängenbereich bzw. bei einer Wellenlänge von 630 nm. Strahlt man zusätzlich zu der optischen Anregung durch das Anregungslicht 210 noch Mikrowellenstrahlung 430 bzw. das Hochfrequenzsignal 430 ein, kommt es bei 2,88 GHz zu einem Einbruch der Fluoreszenz, da die Elektronen in diesem Fall von dem Niveau mS=±1 des Zustandes 3A auf das Niveau mS=±1 des Zustandes 3E gehoben werden und von dort nichtstrahlend rekombinieren. Bei einem externen Magnetfeld kommt es zu einer Aufspaltung des Niveaus mS=±1 (Zeeman-Splitting) und es zeigen sich bei Auftragung der Fluoreszenz über die Frequenz der Mikrowellenanregung zwei Minima, beispielsweise w1 und w2 oder ω1 und ω2, im Fluoreszenzspektrum, deren Frequenzabstand proportional zur magnetischen Feldstärke B ist. Eine Magnetfeldsensitivität wird dabei durch eine minimal auflösbare Frequenzverschiebung definiert und kann bis 1 pT/√Hz erreichen.With reference to the 2 to 7 In other words and in summary terms, energy schemes and diagrams are shown for operation of a magnetic field measurement via a fluorescence measurement with additional microwave excitation or an example of a measurement of magnetic fields. Nitrogen defects in diamond exhibit this in the 2 represented diagram or energy scheme 200 shown energy spectrum at room temperature. In the normal state, ie without microwaves and without a magnetic field, a nitrogen defect exhibits optical fluorescence in the red wavelength range or at a wavelength of 630 nm in the case of optical excitation. In addition to the optical excitation, radiation by the excitation light radiates 210 still microwave radiation 430 or the high-frequency signal 430 At 2,88 GHz, the fluorescence drops, since in this case the electrons are lifted from the level m S = ± 1 of the state 3 A to the level m S = ± 1 of the state 3 E and from there non-radiative recombine. In the case of an external magnetic field, there is a splitting of the level m S = ± 1 (Zeeman splitting) and two minima, for example w 1 and w 2 or ω 1 and ω 2 , are shown when fluorescence is plotted over the frequency of the microwave excitation. in the fluorescence spectrum whose frequency spacing is proportional to the magnetic field strength B. A magnetic field sensitivity is defined by a minimum resolvable frequency shift and can reach up to 1 pT / √Hz.

Dieses Verfahren wird auch als ODMR (Optically Detected Magnetic Resonance; optisch detektiert Magnetresonanz) bezeichnet. Hierbei kommt es bei Übereinstimmung der Mikrowellenfrequenz mit dem Energieabstand zwischen dem Zustand 3A ms=0 und dem Niveau mS=±1 zu einem Einbruch der Fluoreszenz. Bei externem Magnetfeld spaltet das Niveau mS=±1 auf und es existieren zwei definierte Mikrowellenfrequenzen, bei denen die Fluoreszenz abnimmt bzw. Minima vorliegen. Der Frequenzabstand ist dabei proportional zum Magnetfeld B.This method is also referred to as ODMR (Optically Detected Magnetic Resonance). In this case, if the microwave frequency coincides with the energy gap between the state 3 A ms = 0 and the level m S = ± 1, the fluorescence will break. With an external magnetic field, the level splits m S = ± 1 and there are two defined microwave frequencies at which the fluorescence decreases or minima are present. The frequency spacing is proportional to the magnetic field B.

8 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausrichtung einer Stickstoff-Fehlstelle 105 in einem Diamantgitter 100. Dabei entspricht oder ähnelt das Diamantgitter 100 dem Diamantgitter aus 1. In der Darstellung von 8 sind lediglich beispielhaft vier mögliche Ausrichtungen der Stickstoff-Fehlstelle 105 entlang jeweils einer von vier Kristallachsen 801, 802, 803 und 804 ausgehend von dem Stickstoff-Atom 110 veranschaulicht. So kann die Stickstoff-Fehlstelle 105 von dem Stickstoff-Atom 110 aus betrachtet entlang einer ersten Kristallachse 801, entlang einer zweiten Kristallachse 802, entlang einer dritten Kristallachse 803 oder entlang einer vierten Kristallachse 804 ausgerichtet sein bzw. angeordnet sein. Ferner ist ein externes Magnetfeld B bzw. dessen Richtung durch einen Pfeil symbolisch dargestellt. 8th shows a schematic representation of an alignment of a nitrogen defect 105 in a diamond lattice 100 , The diamond lattice corresponds or resembles this 100 from the diamond grid 1 , In the presentation of 8th By way of example only, four possible orientations of the nitrogen vacancy are 105 along each one of four crystal axes 801 . 802 . 803 and 804 starting from the nitrogen atom 110 illustrated. So can the nitrogen defect 105 from the nitrogen atom 110 viewed from along a first crystal axis 801 , along a second crystal axis 802 , along a third crystal axis 803 or along a fourth crystal axis 804 be aligned or arranged. Furthermore, an external magnetic field B or its direction is symbolically represented by an arrow.

9 zeigt ein Mikrowellenfrequenz-Fluoreszenz-Diagramm 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In dem Diagramm 900 ist an der Abszissenachse 302 beispielhaft eine Mikrowellenfrequenz aufgetragen und ist an der Ordinatenachse 304 eine Fluoreszenz in beliebigen Einheiten aufgetragen. Dabei ähnelt das Diagramm 900 einem Teilabschnitt eines der vorstehend beschriebenen Diagramme. Ferner sind in dem Diagramm 900 lediglich beispielhaft vier Paare 901, 902, 903 und 904 von Fluoreszenz-Minima eingezeichnet. Es besteht eine Korrelation zwischen jedem der Paare 901, 902, 903 und 904 von Fluoreszenz-Minima und einer möglichen Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle entlang einer der vier Kristallachsen aus 8. Dabei besteht eine Korrelation zwischen einem ersten Paar 901 von Fluoreszenz-Minima und einer Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle von dem Stickstoff-Atom aus betrachtet entlang der ersten Kristallachse, zwischen einem zweiten Paar 902 von Fluoreszenz-Minima und einer Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle von dem Stickstoff-Atom aus betrachtet entlang der zweiten Kristallachse, zwischen einem Dritten Paar 903 von Fluoreszenz-Minima und einer Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle von dem Stickstoff-Atom aus betrachtet entlang der dritten Kristallachse und zwischen einem vierten Paar 904 von Fluoreszenz-Minima und einer Ausrichtung der Stickstoff-Fehlstelle von dem Stickstoff-Atom aus betrachtet entlang der vierten Kristallachse. 9 shows a microwave frequency fluorescence diagram 900 according to an embodiment. In the diagram 900 is at the abscissa axis 302 for example, a microwave frequency is plotted and is on the ordinate axis 304 a fluorescence is applied in arbitrary units. The diagram is similar 900 a subsection of one of the diagrams described above. Further, in the diagram 900 for example only four pairs 901 . 902 . 903 and 904 drawn by fluorescence minima. There is a correlation between each of the pairs 901 . 902 . 903 and 904 of fluorescence minima and possible alignment of the nitrogen vacancy along one of the four crystal axes 8th , There is a correlation between a first pair 901 of fluorescence minima and an orientation of the nitrogen vacancy from the nitrogen atom along the first crystal axis, between a second pair 902 of fluorescence minima and an alignment of the nitrogen vacancy from the nitrogen atom along the second crystal axis, between a third pair 903 of fluorescence minima and an orientation of the nitrogen vacancy from the nitrogen atom along the third crystal axis and between a fourth pair 904 of fluorescence minima and an orientation of the nitrogen vacancy from the nitrogen atom viewed along the fourth crystal axis.

Unter Bezugnahme auf 8 und 9 sei zusammenfassend angemerkt, dass in einer Kristall-Einheitszelle von Diamant bzw. in dem Diamantgitter 100 die Stickstoff-Fehlstelle 105 vier Möglichkeiten hat, um sich in dem Diamantgitter 100 bzw. Kristallgitter anzuordnen bzw. auszurichten. Da ein Winkel zwischen Magnetfeldrichtung und jeweiliger Kristallachse 801, 802, 803 und 804 für jede Kristallachse 801, 802, 803 und 804 unterschiedlich ist, kommt es zu unterschiedlich starken Frequenzaufspaltungen in den Stickstoff-Fehlstellen 105, abhängig von der jeweiligen Ausrichtung. Dies führt zu den bis zu vier zusammengehörigen Paaren 901, 902, 903 und 904 von Fluoreszenz-Minima bzw. Fluoreszenzdips im Fluoreszenzspektrum. Durch Auswertung der Frequenzabstände für jede Ausrichtung lassen sich Magnetfeldrichtung und der Betrag der magnetischen Feldstärke des externen Magnetfeldes B extrahieren. With reference to 8th and 9 In summary, it should be noted that in a crystal unit cell of diamond or in the diamond lattice 100 the nitrogen defect 105 has four ways to get in the diamond grid 100 or to arrange or align the crystal lattice. As an angle between the magnetic field direction and the respective crystal axis 801 . 802 . 803 and 804 for every crystal axis 801 . 802 . 803 and 804 is different, it comes to different strong frequency splittings in the nitrogen vacancies 105 , depending on the respective orientation. This leads to the up to four matched pairs 901 . 902 . 903 and 904 of fluorescence minima or fluorescence dips in the fluorescence spectrum. By evaluating the frequency spacings for each orientation, magnetic field direction and the amount of magnetic field strength of the external magnetic field B can be extracted.

10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorvorrichtung 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Sensorvorrichtung 1000 ist ausgebildet, um insbesondere ein Magnetfeld als Messgröße zu erfassen. 10 shows a schematic sectional view of a sensor device 1000 according to an embodiment. The sensor device 1000 is designed to detect in particular a magnetic field as a measured variable.

Die Sensorvorrichtung 1000 weist ein erstes Substrat 1010, ein zweites Substrat 1020, einen Kristallkörper 100, eine Lichtquelle 1030, eine Hochfrequenzeinrichtung 1040 und eine Detektionseinrichtung 1050 auf. Der Kristallkörper 100 bzw. das Diamantgitter entspricht oder ähnelt dem Kristallkörper bzw. Diamantgitter aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren. Dabei ist der Kristallkörper 100 Teil einer in 10 nicht explizit mit Bezugszeichen versehen Kristallkörpereinheit, die unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren detaillierter beschrieben ist. Gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Sensorvorrichtung 1000 ferner eine optische Filtereinrichtung 1060 auf.The sensor device 1000 has a first substrate 1010 , a second substrate 1020 , a crystal body 100 , a light source 1030 , a high-frequency device 1040 and a detection device 1050 on. The crystal body 100 or the diamond lattice corresponds or resembles the crystal body or diamond lattice of one of the figures described above. Here is the crystal body 100 Part of an in 10 not explicitly provided with reference numerals crystal body unit, which is described in more detail with reference to the following figures. According to the in 10 illustrated embodiment, the sensor device 1000 Further, an optical filter device 1060 on.

Das erste Substrat 1010 weist gemäß dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 1030 auf. Insbesondere ist die Lichtquelle 1030 in dem ersten Substrat 1010 ausgeformt bzw. angeordnet. Die Lichtquelle 1030 ist ausgebildet, um den Kristallkörper 100 mit Anregungslicht zu bestrahlen. Die Lichtquelle 1030 ist beispielsweise als eine LED (Licht emittierende Diode) oder ein VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser; Oberflächenemitter) ausgeführt. Bei dem ersten Substrat 1010 handelt es sich gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel um einen LED-Wafer, wobei die Lichtquelle 1030 als eine LED ausgeführt ist.The first substrate 1010 according to the in 10 embodiment shown, the light source 1030 on. In particular, the light source 1030 in the first substrate 1010 formed or arranged. The light source 1030 is formed to the crystal body 100 to be irradiated with excitation light. The light source 1030 is embodied, for example, as an LED (light-emitting diode) or a VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser). At the first substrate 1010 is it according to the in 10 illustrated embodiment to an LED wafer, wherein the light source 1030 as an LED is executed.

Das zweite Substrat 1020 weist gemäß dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel die Detektionseinrichtung 1050 auf. Dabei ist die Detektionseinrichtung 1050 in dem zweiten Substrat 1020 strukturiert, ausgeformt bzw. angeordnet. Die Detektionseinrichtung 1050 ist ausgebildet, um zumindest eine Signaleigenschaft eines magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper 100 zu detektieren. Das zweite Substrat 1020 ist beispielsweise aus Silizium ausgeformt. Die Detektionseinrichtung 1050 ist als eine Photodiode, insbesondere eine Silizium-Photodiode ausgeführt. Ferner sind gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel an dem zweiten Substrat 1020 der Kristallkörper 100, die Hochfrequenzeinrichtung 1040 und die optische Filtereinrichtung 1060 angeordnet.The second substrate 1020 according to the in 10 shown embodiment, the detection device 1050 on. In this case, the detection device 1050 in the second substrate 1020 structured, shaped or arranged. The detection device 1050 is designed to at least one signal property of a magnetic field-dependent fluorescence signal from the crystal body 100 to detect. The second substrate 1020 is formed of silicon, for example. The detection device 1050 is designed as a photodiode, in particular a silicon photodiode. Furthermore, according to the in 10 illustrated embodiment of the second substrate 1020 the crystal body 100 , the high-frequency device 1040 and the optical filter device 1060 arranged.

Der Kristallkörper 100 der Kristallkörpereinheit weist zumindest eine Fehlstelle auf. Dabei ist der Kristallkörper 100 gemäß dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Diamantgitter ausgeführt und weist zumindest eine Stickstoff-Fehlstelle auf. Die Hochfrequenzeinrichtung 1040 ist ausgebildet, um den Kristallkörper 100 mit einem Hochfrequenzsignal zu beaufschlagen. Die optische Filtereinrichtung 1060 ist ausgebildet, um Anregungslicht herauszufiltern und das Fluoreszenzsignal zu der Detektionseinrichtung 1050 durchzulassen. Die optische Filtereinrichtung 1060 ist hierbei zwischen dem Kristallkörper 100 und der Detektionseinrichtung 1050 angeordnet. Die Hochfrequenzeinrichtung 1040 ist lateral beabstandet zu dem Kristallkörper 100, der optischen Filtereinrichtung 1060 und der Detektionseinrichtung 1050 an dem zweiten Substrat 1020 angeordnet.The crystal body 100 the crystal body unit has at least one defect. Here is the crystal body 100 according to the in 10 shown embodiment designed as a diamond lattice and has at least one nitrogen defect. The high-frequency device 1040 is formed to the crystal body 100 to apply a high-frequency signal. The optical filter device 1060 is configured to filter out excitation light and the fluorescence signal to the detection device 1050 pass. The optical filter device 1060 is here between the crystal body 100 and the detection device 1050 arranged. The high-frequency device 1040 is laterally spaced from the crystal body 100 , the optical filter device 1060 and the detection device 1050 on the second substrate 1020 arranged.

Das erste Substrat 1010 und das zweite Substrat 1020 sind miteinander verbunden. Insbesondere sind das erste Substrat 1010 und das zweite Substrat 1020 stoffschlüssig miteinander verbunden. Hierbei ist ein Zwischenraum zwischen der Lichtquelle 1030 und dem Kristallkörper 100 angeordnet.The first substrate 1010 and the second substrate 1020 are connected. In particular, the first substrate 1010 and the second substrate 1020 cohesively connected to each other. Here is a gap between the light source 1030 and the crystal body 100 arranged.

Anders ausgedrückt ist die Sensorvorrichtung 1000 als ein monolithisch integrierter Magnetsensor zur Magnetfelderfassung zur berührungslosen Strommessung ausgeführt. Die Lichtquelle 1030 ist als ein LED-Chip oder alternativ ein VCSEL-Laserchip ausgeführt, der auf eine Si-Photodiode als Detektionseinrichtung 1050 gebondet ist. Auf der Detektionseinrichtung 1050 ist die optische Filtereinrichtung 1060 zur Filterung des Anregungslichts angeordnet, darauf eine mit NV-Zentren bzw. Stickstoff-Fehlstellen versetzte Diamantschicht als Kristallkörper 100 der Kristallkörpereinheit. Am Rand der Detektionseinrichtung 1050 befindet sich eine Hochfrequenz-Streifenantenne als Hochfrequenzeinrichtung 1040 zur Einkopplung von Mikrowellenstrahlung. 10 zeigt somit eine mögliche Realisierung für die Sensorvorrichtung 1000 als ein monolithisch integriertes Sensorelement basierend auf einer Kristallkörpereinheit mit einem NV-versetzten Diamantkristall als Kristallkörper 100. Zur monolithischen Integration kann das erste Substrat 1010, beispielsweise ein LED-Chip oder VCSEL-Chip, der üblicherweise aus einem III/V-Halbleitermaterial besteht bzw. als ein III/V-Verbindungshalbleiter ausgeführt ist, über Chip-to-Wafer-Bondverfahren oder Chip-to-Chip-Bondverfahren auf das zweite Substrat 1020 gebondet werden, welches die weiteren Elemente der Sensorvorrichtung 1000, d. h. Kristallkörpereinheit mit Kristallkörper 100 bzw. Diamantschicht, optische Filtereinrichtung 1060, Detektionseinrichtung 1050 und Hochfrequenzeinrichtung 1040 aufweist. Hierbei ist beispielsweise die Detektionseinrichtung 1050 in das zweite Substrat 1020 strukturiert. Diese weist p-dotierte und n-dotierte Gebiete auf, welche beispielsweise über Ionenimplantation unter Verwendung von Schattenmasken strukturiert sein können. Mögliche Ausführungen der optischen Filtereinrichtung 1060 bzw. optischen Filterschicht sind z. B. dielektrische Filter, Microcavities mit semitransparenten Metallspiegeln, Farbstofffilter oder plasmonische Filter. Die Kristallkörpereinheit mit dem Kristallkörper 100 kann als separat gefertigtes Bauteil auf das zweite Substrat 1020 aufgebracht sein. Die Hochfrequenzeinrichtung 1040 bzw. Mikrowellenantenne kann als eine metallische Streifenleitung auf dem zweiten Substrat 1020 ausgeführt sein.In other words, the sensor device 1000 designed as a monolithically integrated magnetic sensor for magnetic field detection for non-contact current measurement. The light source 1030 is embodied as an LED chip or, alternatively, a VCSEL laser chip mounted on a Si photodiode as a detection device 1050 is bonded. On the detection device 1050 is the optical filter device 1060 arranged to filter the excitation light, then a with NV centers or nitrogen vacancies offset diamond layer as a crystal body 100 the crystal body unit. At the edge of the detection device 1050 is a high-frequency strip antenna as a high-frequency device 1040 for coupling microwave radiation. 10 thus shows a possible realization for the sensor device 1000 as a monolithically integrated sensor element based on a crystal grain unit having a NV offset diamond crystal as a crystal body 100 , For monolithic integration, the first substrate 1010 , For example, an LED chip or VCSEL chip, which usually consists of a III / V semiconductor material or designed as a III / V compound semiconductor is on the second substrate via chip-to-wafer bonding or chip-to-chip bonding 1020 be bonded, which the other elements of the sensor device 1000 , ie crystal body unit with crystal body 100 or diamond layer, optical filter device 1060 , Detection device 1050 and radio frequency equipment 1040 having. Here, for example, the detection device 1050 in the second substrate 1020 structured. This has p-doped and n-doped regions, which can be structured, for example, by ion implantation using shadow masks. Possible embodiments of the optical filter device 1060 or optical filter layer are z. As dielectric filters, microcavities with semi-transparent metal mirrors, dye filters or plasmonic filters. The crystal body unit with the crystal body 100 can as a separately manufactured component on the second substrate 1020 be upset. The high-frequency device 1040 or microwave antenna can as a metallic stripline on the second substrate 1020 be executed.

11 zeigt schematische Darstellungen zur Herstellung einer Kristallkörpereinheit 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierzu sind in 11 lediglich beispielhaft fünf Teildarstellungen A, B, C, D und E gezeigt, wobei jede der Teildarstellungen A, B, C, D und E einen unterschiedlichen Herstellungszustand repräsentiert. Genau gesagt zeigt 11 ein Diamant-zu-Waferbondverfahren für die heteroepitaktisch gewachsenen Diamant auf Silizium. 11 shows schematic representations for the preparation of a crystal body unit 1100 according to an embodiment. These are in 11 5 shows, by way of example only, five partial representations A, B, C, D and E, each of the partial representations A, B, C, D and E representing a different manufacturing state. Exactly shows 11 a diamond-to-wafer bonding process for the heteroepitactically grown diamond on silicon.

In der Teildarstellung A von 11 ist ein Kristallkörper 100, beispielsweise Diamant, an einer Hauptoberfläche eines Wachstumssubstrats 1105 gezeigt. Bei dem Kristallkörper 100 handelt es sich beispielsweise um mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD = chemical vapour deposition) erzeugten Diamant. Das Wachstumssubstrat 1105 ist beispielsweise aus Silizium ausgeformt. In der Teildarstellung B von 11 ist zudem ein Trägersubstrat 1115 bzw. Trägerwafer dargestellt. Das Trägersubstrat 1115 wird hierbei mit dem Kristallkörper 100 und dem Wachstumssubstrat 1105 ausgerichtet und mit dem Kristallkörper 100 in Kontakt gebracht. In der Teildarstellung C von 11 wird oder ist eine stoffschlüssige Verbindung, hier ein Waferbond bzw. eine Waferverbindung unter Einwirkung von Druck und Temperatur, zwischen dem Kristallkörper 100 und dem Trägersubstrat 1115 hergestellt. Somit ist der Kristallkörper 100 zwischen dem Trägersubstrat 1115 und dem Wachstumssubstrat 1105 angeordnet. In der Teildarstellung D von 11 werden das Wachstumssubstrat 1105 und ein Teil des Kristallkörpers 100 entfernt, beispielsweise durch reaktives lonenätzen (RIE = reactive ion etching) oder alternativ Polieren oder Schleifen. Somit erfolgt beispielsweise ein Rückätzen des Wachstumssubstrats 1105 und optional eines Teils des Kristallkörpers 100. In der Teildarstellung E von 11 ist die Kristallkörpereinheit 1100 in einem zumindest teilweise gefertigten Zustand gezeigt. Die Kristalleinheit 1100 weist hierbei den Kristallkörper 100 bzw. verbliebenen Teilabschnitt des Kristallkörpers 100 und das Trägersubstrat 1115 auf.In the partial view A of 11 is a crystal body 100 For example, diamond, on a main surface of a growth substrate 1105 shown. In the crystal body 100 For example, it is diamond produced by chemical vapor deposition (CVD). The growth substrate 1105 is formed of silicon, for example. In the partial view B of 11 is also a carrier substrate 1115 or carrier wafer shown. The carrier substrate 1115 is here with the crystal body 100 and the growth substrate 1105 aligned and with the crystal body 100 brought into contact. In the partial view C of 11 is or is a cohesive compound, here a wafer bond or a wafer compound under the action of pressure and temperature, between the crystal body 100 and the carrier substrate 1115 produced. Thus, the crystal body 100 between the carrier substrate 1115 and the growth substrate 1105 arranged. In the partial view D of 11 become the growth substrate 1105 and part of the crystal body 100 removed, for example, by reactive ion etching (RIE) or alternatively polishing or grinding. Thus, for example, a re-etching of the growth substrate 1105 and optionally part of the crystal body 100 , In the partial representation E of 11 is the crystal body unit 1100 shown in an at least partially manufactured state. The crystal unit 1100 here has the crystal body 100 or remaining portion of the crystal body 100 and the carrier substrate 1115 on.

Unter Bezugnahme auf die Teildarstellungen A, B, C, D und E von 11 ist anzumerken, dass bei der Verwendung von CVD-Diamant als Kristallkörper 100, beispielsweise gewachsen über Heteroepitaxie auf Silizium als Wachstumssubstrat 1105, Wafer-to-Wafer-Bondverfahren zum Verbinden mit dem Trägersubstrat 1115 verwendet werden können, wobei ggf. das Wachstumssubstrat 1105 vor oder nach dem Bonden über Schleifen oder nass- bzw. trockenchemische Ätzverfahren entfernt werden kann. Auch können Teile des Kristallkörpers 100 entfernt werden, da eine Defektdichte im Diamantkristall an der Grenzfläche zwischen Kristallkörper 100 und Wachstumssubstrat 1105 vorliegen kann und von der Oberfläche mit zunehmender Schichtdicke immer weiter abnimmt.With reference to the partial representations A, B, C, D and E of 11 It should be noted that when using CVD diamond as the crystal body 100 , grown for example via heteroepitaxy on silicon as a growth substrate 1105 Wafer-to-wafer bonding process for bonding to the carrier substrate 1115 can be used, where appropriate, the growth substrate 1105 can be removed before or after bonding via grinding or wet or dry chemical etching. Also, you can use parts of the crystal body 100 since a defect density in the diamond crystal at the interface between crystal bodies 100 and growth substrate 1105 may be present and from the surface with increasing layer thickness continues to decrease.

12 zeigt schematische Darstellungen zur Herstellung einer Kristallkörpereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierzu sind in 12 lediglich beispielhaft vier Teildarstellungen A, B, C und D gezeigt, wobei jede der Teildarstellungen A, B, C und D einen unterschiedlichen Herstellungszustand repräsentiert. Genau gesagt zeigt 12 ein Diamant-Chip-to-Wafer-Bondverfahren, bei dem einkristalline Diamanten mit einem mechanischen Trägersubstrat 1115 verbunden werden. 12 shows schematic representations for the production of a crystal body unit according to an embodiment. These are in 12 only four partial representations A, B, C and D are shown by way of example, wherein each of the partial representations A, B, C and D represents a different manufacturing state. Exactly shows 12 a diamond chip-to-wafer bonding process, in which single crystal diamonds with a mechanical support substrate 1115 get connected.

In der Teildarstellung A von 12 ist ein Trägersubstrat 1115 mit einer Haftschicht 1205 gezeigt. Die Haftschicht 1205 ist an einer Hauptoberfläche des Trägersubstrats 1115 aufgebracht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Haftschicht 1205 optional sein. In der Teildarstellung B von 12 ist zusätzlich ein Kristallkörper 100 gezeigt. Bei dem Kristallkörper 100 handelt es sich um einen sogenannten HPHT-Diamant (HPHT = High Pressure High Temperature; hoher Druck hohe Temperatur). Der Kristallkörper 100 wird ausgerichtet und mit dem Trägersubstrat 1115, hier mittels der Haftschicht 1205, stoffschlüssig verbunden, insbesondere unter Einwirkung von Druck und Temperatur gebondet. Bei dem als HPHT-Diamant ausgeführten Kristallkörper 100, dessen Größe beispielsweise 5 × 5 mm betragen kann, kann zum Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung ein Chip-to-Wafer-Bond-Verfahren zum Einsatz kommen, bei dem einzelne Kristallkörper 100 auf das Trägersubstrat 1115 geklebt werden. In der Teildarstellung C von 12 ist eine Wiederholung des in der Teildarstellung B gezeigten Vorgangs dargestellt. Hierbei wird ein weiterer Kristallkörper 100 auf das Trägersubstrat 1115 aufgeklebt. In der Teildarstellung D von 12 ist eine Mehrzahl von Kristallkörpern 100 auf das zweite Substrat 1115 aufgeklebt.In the partial view A of 12 is a carrier substrate 1115 with an adhesive layer 1205 shown. The adhesive layer 1205 is on a major surface of the carrier substrate 1115 applied. According to one embodiment, the adhesive layer 1205 be optional. In the partial view B of 12 is additionally a crystal body 100 shown. In the crystal body 100 it is a so-called HPHT diamond (HPHT = High Pressure High Temperature, high pressure high temperature). The crystal body 100 is aligned and with the carrier substrate 1115 , here by means of the adhesive layer 1205 , cohesively bonded, in particular bonded under the action of pressure and temperature. In the case of the HPHT diamond crystal body 100 whose size may be, for example, 5 × 5 mm, a chip-to-wafer bonding method can be used to produce the integral connection in which individual crystal bodies 100 on the carrier substrate 1115 to be glued. In the partial view C of 12 a repetition of the process shown in the partial view B is shown. This is another crystal body 100 on the carrier substrate 1115 glued. In the partial view D of 12 is a plurality of crystalline bodies 100 on the second substrate 1115 glued.

13 zeigt schematische Darstellungen zur Herstellung einer Kristallkörpereinheit 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierzu sind in 13 lediglich beispielhaft sechs Teildarstellungen A, B, C, D, E und F gezeigt, wobei jede der Teildarstellungen A, B, C, D, E und F einen unterschiedlichen Herstellungszustand repräsentiert. Genau gesagt zeigt 13 eine Strukturierung von Diamant zu Segmenten und Vereinzelung, sodass der Verbund aus Trägersubstrat 1115 mit kleinerem Diamantsegment eine Größe aufweist, die ein Chip-to-Wafer-Bondverfahren ermöglicht. 13 shows schematic representations for the preparation of a crystal body unit 1100 according to an embodiment. These are in 13 merely by way of example shows six partial representations A, B, C, D, E and F, wherein each of the partial representations A, B, C, D, E and F represents a different manufacturing state. Exactly shows 13 a structuring of diamond to segments and singulation, so that the composite of carrier substrate 1115 having a smaller diamond segment has a size that enables a chip-to-wafer bonding process.

In der Teildarstellung A von 13 ist ein Kristallkörper 100 in Gestalt von Diamant an einer Hauptoberfläche des Trägersubstrats 1115 in einer Seitenansicht oder Schnittansicht gezeigt. Das Trägersubstrat 1115 ist hierbei optisch transparent ausgeführt. In der Teildarstellung B von 13 ist eine Draufsicht auf den Verbund aus Kristallkörper 100 und Trägersubstrat 1115 aus der Teildarstellung A gezeigt. In der Teildarstellung C von 13 ist in einer Seitenansicht oder Schnittansicht gezeigt, wie Teilabschnitte des Kristallkörpers 100 entfernt sind, um eine Mehrzahl einzelner Kristallkörper 100 zu erzeugen. Eine solche Diamantstrukturierung kann beispielsweise photolithographisch mit anschließendem Sauerstoff-Plasmaätzen erfolgen. In der Teildarstellung D von 13 ist eine Draufsicht auf den Verbund aus Kristallkörpern 100 und Trägersubstrat 1115 aus der Teildarstellung C gezeigt. In der Teildarstellung E von 13 ist eine Vereinzelung des Trägersubstrats 1115 mit der Diamantstruktur bzw. den Kristallkörpern 100, beispielsweise durch Wafersägen oder dergleichen, in einzelne Kristallkörpereinheiten 1100 gezeigt. In der Teildarstellung F von 13 ist eine Aufbringung von Kristallkörpereinheiten 1100 aus der Teildarstellung E auf ein vorprozessiertes bzw. vorstrukturiertes Zielsubstrat, beispielsweise das zweite Substrat 1020 aus 10 gezeigt. Das zweite Substrat 1020 ist hierbei aus Silizium ausgeformt. In dem zweiten Substrat 1020 sind eine Mehrzahl von Detektionseinrichtungen 1050 in Gestalt von Photodioden ausgeformt bzw. angeordnet. Beispielsweise ist ferner an jeder Photodiode eine optische Filterschicht aufgebracht. Es wird an jeder Detektionseinrichtung 1050 eine Kristallkörpereinheit 1100 aufgebracht bzw. angeordnet, beispielsweise mittels Chip-to-Wafer-Bond.In the partial view A of 13 is a crystal body 100 in the form of diamond on a major surface of the carrier substrate 1115 shown in a side view or sectional view. The carrier substrate 1115 is here optically transparent. In the partial view B of 13 is a plan view of the composite of crystal body 100 and carrier substrate 1115 shown from the partial view A. In the partial view C of 13 is shown in a side view or sectional view, as sections of the crystal body 100 are removed to a plurality of individual crystal bodies 100 to create. Such a diamond structuring can be carried out, for example, photolithographically with subsequent oxygen plasma etching. In the partial view D of 13 is a plan view of the composite of crystal bodies 100 and carrier substrate 1115 shown from the partial view C. In the partial representation E of 13 is a separation of the carrier substrate 1115 with the diamond structure or the crystal bodies 100 For example, by wafer sawing or the like, into individual crystal body units 1100 shown. In the partial view F of 13 is an application of crystal body units 1100 from partial representation E to a preprocessed target substrate, for example the second substrate 1020 out 10 shown. The second substrate 1020 is formed of silicon. In the second substrate 1020 are a plurality of detection devices 1050 formed or arranged in the form of photodiodes. For example, an optical filter layer is further applied to each photodiode. It will be at every detection device 1050 a crystal body unit 1100 applied or arranged, for example by means of a chip-to-wafer bond.

Unter Bezugnahme auf die Teildarstellungen A, B, C, D, E und F von 13 ist anzumerken, dass eine Verwendung eines solchen mechanischen Trägers bzw. Trägersubstrats 1115 eine gezielte Nachstrukturierung des Diamants bzw. Kristallkörpers 100 ermöglicht, beispielsweise für nachstehend genannte Zwecke. Es kann ein Aufteilen des Kristallkörpers 100 in einzelne Segmente bzw. eine Mehrzahl von Kristallkörpern 100 auf dem Trägersubstrat 1115 erfolgen, wobei jedes Segment einen Rand von freiliegendem Trägersubstrat 1115 um den Kristallkörper 100 herum aufweist und die Segmente plus Rand, weise für ein Pick-and-Place-Verfahren geeignet sind. Auch kann eine Strukturierung des Diamants bzw. Kristallkörpers 100 über Plasmaätzverfahren oder Polierverfahren zur Erzeugung photonischer Strukturen (optische Resonatoren, Lichtwellenleiterstrukturen, Antireflexstrukturen etc.) erfolgen.With reference to the partial views A, B, C, D, E and F of 13 It should be noted that use of such a mechanical support or carrier substrate 1115 a targeted restructuring of the diamond or crystal body 100 allows, for example, for purposes mentioned below. It can be a splitting of the crystal body 100 into individual segments or a plurality of crystal bodies 100 on the carrier substrate 1115 take place, each segment having an edge of exposed carrier substrate 1115 around the crystal body 100 around and the segments plus edge, wise are suitable for a pick-and-place method. Also, a structuring of the diamond or crystal body 100 via plasma etching or polishing process for generating photonic structures (optical resonators, optical waveguide structures, antireflective structures, etc.) take place.

14 zeigt schematische Darstellungen zur Herstellung einer Kristallkörpereinheit 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierzu sind in 14 lediglich beispielhaft fünf Teildarstellungen A, B, C, D und E gezeigt, wobei jede der Teildarstellungen A, B, C, D und E einen unterschiedlichen Herstellungszustand repräsentiert. Genau gesagt zeigt 14 ein Ausführungsbeispiel, welches jenem aus 13 entspricht, außer dass an dem Trägersubstrat 1115 zusätzlich eine optische Filtereinrichtung 1060 in Gestalt einer optischen Filterschicht angeordnet ist bzw. wird. Anders ausgedrückt entsprechen die Ausführungsbeispiele einander mit Ausnahme dessen, dass in 14 vor der Vereinzelung auf einer Rückseite des optisch transparenten mechanischen Trägersubstrats 1115 eine optische Filterschicht aufgebracht ist bzw. wird. 14 shows schematic representations for the preparation of a crystal body unit 1100 according to an embodiment. These are in 14 5 shows, by way of example only, five partial representations A, B, C, D and E, each of the partial representations A, B, C, D and E representing a different manufacturing state. Exactly shows 14 an embodiment which of that 13 corresponds except that on the carrier substrate 1115 additionally an optical filter device 1060 is arranged in the form of an optical filter layer or is. In other words, the embodiments correspond to each other except that in 14 prior to singulation on a backside of the optically transparent mechanical support substrate 1115 an optical filter layer is applied.

Hierbei entspricht die Teildarstellung A von 14 der Teildarstellung A aus 13, entspricht die Teildarstellung B von 14 der Teildarstellung C aus 13, entspricht die Teildarstellung D von 14 der Teildarstellung E aus 13 und ähnelt die Teildarstellung E von 14 der Teildarstellung F aus 13. In der Teildarstellung C von 14 gezeigt, dass die optische Filtereinrichtung 1060 in Gestalt einer optischen Filterschicht an einer weiteren Hauptoberfläche des Trägersubstrats 1115 angeordnet ist oder wird, wobei die weitere Hauptoberfläche von einer Hauptoberfläche des Trägersubstrats 1115 abgewandt ist, an der die Kristallkörper 100 angeordnet sind.Here, the partial view A of 14 the partial view A from 13 , the partial view B corresponds to 14 the partial view C from 13 , the partial representation D corresponds to 14 the partial view E off 13 and is similar to the partial representation E of 14 the partial view F off 13 , In the partial view C of 14 shown that the optical filter device 1060 in the form of an optical filter layer on another main surface of the carrier substrate 1115 is arranged or is, wherein the further main surface of a main surface of the carrier substrate 1115 is turned away, at the the crystal body 100 are arranged.

Um eine Integration für ein NV-Messystem benötigter Komponenten zu erleichtern, kann somit ein Teil der benötigten Funktionen, wie z. B. die optische Filterschicht, nach dem Diamanttransfer auf die Rückseite des optisch transparenten Trägersubstrats 1115 aufgebracht werden.In order to facilitate integration for a NV measurement system required components, thus part of the required functions, such. As the optical filter layer, after the diamond transfer to the back of the optically transparent support substrate 1115 be applied.

Unter Bezugnahme auf die 11 bis 14 ist anzumerken, dass Kristallkörper 100 dem Kristallkörper bzw. Diamantgitter aus einer der vorstehend beschriebenen Figuren entspricht oder ähnelt.With reference to the 11 to 14 It should be noted that crystal bodies 100 corresponds or resembles the crystal body or diamond lattice of any of the figures described above.

15 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1500 zum Fertigen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1500 ist ausführbar, um eine Kristallkörpereinheit für eine Sensorvorrichtung zu fertigen. Genauer gesagt ist das Verfahren 1500 ausführbar, um die Kristallkörpereinheit aus einer der vorstehend genannten Figuren oder eine ähnliche Kristallkörpereinheit zu fertigen. 15 shows a flowchart of a method 1500 for manufacturing according to an embodiment. The procedure 1500 is executable to to manufacture a crystal body unit for a sensor device. More precisely, the procedure is 1500 executable to manufacture the crystal body unit of any one of the above figures or a similar crystal body unit.

Das Verfahren 1500 zum Fertigen weist einen Schritt 1510 des Herstellens einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem optisch zumindest partiell transparenten Trägersubstrat und zumindest einem Kristallkörper mit zumindest einer Fehlstelle auf. Das Verfahren 1500 zum Fertigen weist auch einen Schritt 1520 des Behandelns des Trägersubstrats und/oder des zumindest einen Kristallkörpers auf. Dabei wird im Schritt 1520 des Behandelns der zumindest eine Kristallkörper und/oder das Trägersubstrat in einzelne Segmente aufgeteilt.The procedure 1500 to finish has a step 1510 producing a cohesive connection between an optically at least partially transparent carrier substrate and at least one crystal body having at least one defect. The procedure 1500 to finish also has a step 1520 treating the carrier substrate and / or the at least one crystal body. It is in the step 1520 treating the at least one crystal body and / or the carrier substrate into individual segments.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Schritt 1520 des Behandelns vor und/oder nach dem Schritt 1510 des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindung ausführbar. Insbesondere wird in dem Schritt 1520 des Behandelns ein Teil des zumindest einen Kristallkörpers von dem Trägersubstrat entfernt, wird der zumindest eine Kristallkörper strukturiert, um integrierte photonische Strukturelemente in dem zumindest einen Kristallkörper zu erzeugen, und/oder wird eine optische Filtereinrichtung an dem Trägersubstrat angeordnet.According to one embodiment, the step is 1520 treating before and / or after the step 1510 the manufacturing of cohesive connection executable. In particular, in the step 1520 when treating a portion of the at least one crystal body away from the support substrate, the at least one crystal body is patterned to produce integrated photonic structure elements in the at least one crystal body, and / or an optical filter device is disposed on the support substrate.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 1500 zum Fertigen auch einen Schritt 1530 des Erzeugens und einen Schritt 1540 des Entfernens auf. Im Schritt 1530 des Erzeugens wird der zumindest einen Kristallkörper auf einem Wachstumssubstrat erzeugt. Der Schritt 1530 des Erzeugens ist hierbei vor dem Schritt 1510 des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindung ausführbar. Im Schritt 1540 des Entfernens wird das Wachstumssubstrat von dem zumindest einen Kristallkörper entfernt. Dabei ist der Schritt 1540 des Entfernens nach dem Schritt 1510 des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindung ausführbar.According to a further embodiment, the method 1500 to make also a step 1530 of creating and a step 1540 of removing. In step 1530 of generating, the at least one crystal body is produced on a growth substrate. The step 1530 the generating is before the step 1510 the manufacturing of cohesive connection executable. In step 1540 the removal, the growth substrate is removed from the at least one crystal body. This is the step 1540 removing after the step 1510 the manufacturing of cohesive connection executable.

16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1600 zum Herstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1600 zum Herstellen ausführbar, um eine Sensorvorrichtung herzustellen. Genauer gesagt ist das Verfahren 1600 zum Herstellen ausführbar, um eine Sensorvorrichtung herzustellen, welche der Sensorvorrichtung aus einer der vorstehend genannten Figuren entspricht oder ähnelt. 16 shows a flowchart of a method 1600 for manufacturing according to an embodiment. The procedure 1600 for manufacturing to make a sensor device. More precisely, the procedure is 1600 for manufacturing, to produce a sensor device which corresponds or resembles the sensor device of any of the above figures.

In einem Schritt 1610 des Bereitstellens werden bei dem Verfahren 1600 zum Herstellen eine gemäß dem Verfahren aus 15 oder einem ähnlichen Verfahren gefertigte Kristallkörpereinheit, eine Lichtquelle zum Bestrahlen des Kristallkörpers der Kristallkörpereinheit mit Anregungslicht, eine Hochfrequenzeinrichtung zum Beaufschlagen des Kristallkörpers mit einem Hochfrequenzsignal und eine Detektionseinrichtung zum Detektieren zumindest einer Signaleigenschaft eines magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals von dem Kristallkörper in und/oder an einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat bereitgestellt. Nachfolgend werden in einem Schritt 1620 des Verbindens das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbunden, insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden.In one step 1610 of providing are in the process 1600 for making one according to the method 15 or a similar method fabricated crystal body unit, a light source for irradiating the crystal body of the crystal unit with excitation light, a high frequency device for applying the crystal body with a high frequency signal and a detection device for detecting at least one signal property of a magnetic field dependent fluorescence signal from the crystal body in and / or on a first substrate and provided a second substrate. The following will be in one step 1620 connecting the first substrate and the second substrate connected to each other, in particular cohesively connected to each other.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 1610 des Bereitstellens das erste Substrat mit der Lichtquelle bereitgestellt und wird das zweite Substrat mit der Detektionseinrichtung, der Kristallkörpereinheit und der Hochfrequenzeinrichtung bereitgestellt. Zusätzlich oder alternativ wird im Schritt 1610 des Bereitstellens die Detektionseinrichtung in dem zweiten Substrat ausgeformt, wird die Kristallkörpereinheit an dem zweiten Substrat angeordnet oder ausgeformt und/oder wird die Hochfrequenzeinrichtung an dem zweiten Substrat angeordnet oder ausgeformt.According to one embodiment, in step 1610 providing the first substrate with the light source, and providing the second substrate with the detection means, the crystal body unit and the high-frequency means. Additionally or alternatively, in step 1610 of providing the detection device in the second substrate, the crystal body unit is arranged or formed on the second substrate and / or the high-frequency device is arranged or formed on the second substrate.

Zusätzlich wird gemäß einem Ausführungsbeispiel im Schritt 1610 des Bereitstellens eine optische Filtereinrichtung zwischen der Detektionseinrichtung und dem Kristallkörper oder der Kristallkörpereinheit bereitgestellt. Die Filtereinrichtung ist ausgebildet, um Anregungslicht herauszufiltern und das Fluoreszenzsignal zu der Detektionseinrichtung durchzulassen. Zudem wird gemäß einem Ausführungsbeispiel im Schritt 1610 des Bereitstellens eine Magnetisierungseinrichtung zum Erzeugen eines Referenzmagnetfeldes bereitgestellt. Dabei weist das Referenzmagnetfeld eine vordefinierte Eigenschaft. Durch das Referenzmagnetfeld ist die zumindest eine Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals beeinflussbar.In addition, according to an embodiment in step 1610 providing an optical filter device between the detection device and the crystal body or the crystal body unit. The filter device is designed to filter out excitation light and to transmit the fluorescence signal to the detection device. In addition, according to an embodiment in step 1610 providing a magnetization device for generating a reference magnetic field. In this case, the reference magnetic field has a predefined property. By the reference magnetic field, the at least one signal property of the fluorescence signal can be influenced.

17 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1700 zum Erfassen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1700 zum Erfassen ist ausführbar, um eine Messgröße zu erfassen. Dabei ist das Verfahren 1700 zum Erfassen in Verbindung mit der Sensorvorrichtung aus einer der vorstehend genannten Figuren oder einer ähnlichen Sensorvorrichtung ausführbar. 17 shows a flowchart of a method 1700 for detecting according to an embodiment. The procedure 1700 to capture is executable to capture a metric. Here is the procedure 1700 for detecting in conjunction with the sensor device of any of the above figures or a similar sensor device executable.

In einem Schritt 1710 des Bestrahlens wird bei dem Verfahren 1700 zum Erfassen der Kristallkörper der Kristallkörpereinheit mit Anregungslicht bestrahlt. Im Schritt 1720 des Beaufschlagens wird der Kristallkörper mit dem Hochfrequenzsignal beaufschlagt. Dabei wird im Schritt 1720 des Beaufschlagens eine Frequenz des Hochfrequenzsignals variiert. Der Schritt 1710 des Bestrahlens und der Schritt 1720 des Beaufschlagens können zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden. Der Schritt 1710 des Bestrahlens und der Schritt 1720 des Beaufschlagens können kontinuierlich ausgeführt werden.In one step 1710 the irradiation is in the process 1700 irradiated with excitation light for detecting the crystal bodies of the crystal body unit. In step 1720 of the impingement, the crystal body is supplied with the high-frequency signal. It is in the step 1720 the loading of a frequency of the high frequency signal varies. The step 1710 of irradiating and the step 1720 the loading can be carried out at least partially simultaneously. The step 1710 of irradiating and the step 1720 of Applying can be carried out continuously.

Nachfolgend wird in einem Schritt 1730 des Auswertens das magnetfeldabhängige Fluoreszenzsignal von dem Kristallkörper ansprechend auf das im Schritt 1710 des Bestrahlens erzeugte Anregungslicht und das im Schritt 1720 des Beaufschlagens erzeugte Hochfrequenzsignal ausgewertet, um zumindest eine Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals zu ermitteln, bei der zumindest eine detektierte Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals eine vordefinierte Bedingung erfüllt. Nachfolgend wird in einem Schritt 1740 des Bestimmens unter Verwendung der zumindest einen ermittelten Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals die Messgröße bestimmt. Dabei sind der Schritt 1730 des Auswertens und der Schritt 1740 des Bestimmens zyklisch bzw. sequenziell wiederholbar.The following will be in one step 1730 evaluating the magnetic field dependent fluorescence signal from the crystal body in response to that in the step 1710 the irradiation generated excitation light and in the step 1720 the high-frequency signal generated by the application is evaluated in order to determine at least one excitation frequency of the high-frequency signal, in which at least one detected signal property of the fluorescence signal fulfills a predefined condition. The following will be in one step 1740 determining the measured variable using the at least one determined excitation frequency of the high-frequency signal. This is the step 1730 of the evaluation and the step 1740 determining cyclically or sequentially repeatable.

Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren werden nachfolgend Ausführungsbeispiele sowie Hintergründe und Vorteile von Ausführungsbeispielen zusammenfassend und mit anderen Worten beschrieben und/oder kurz vorgestellt.With reference to the figures described above, embodiments and background and advantages of exemplary embodiments are described below in summary and in other words and / or briefly presented.

Im Bereich der Sensorik besteht eine Entwicklung hin zur Miniaturisierung bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsfähigkeit. Dabei lässt sich die Entwicklung differenzieren in Neuerungen, die darauf abzielen, bestehende Sensorlösungen durch evolutionäre Ansätze in ihren Kosten und ihrer Performance zu steigern, und Ansätze, die neue Wirkprinzipien ausnutzen und damit deutlich höhere Performancegewinne als beim erstgenannten evolutionären Ansatz ermöglichen können, jedoch meistens zu höheren Kosten. Aus diesem Grund geht der Weg der Markteinführung solcher Sensorprodukte beispielsweise häufig über high-Performance-Anwendungen, und erst nach einer gewissen evolutionären Entwicklungszeit werden auch Massenanwendungen mit höherem Kostendruck adressierbar.In the field of sensor technology, there is a trend towards miniaturization while at the same time increasing performance. However, development can be differentiated into innovations that aim to increase existing sensor solutions through evolutionary approaches in their costs and performance, and approaches that exploit new principles of action and thus significantly higher performance gains than the first-mentioned evolutionary approach can, but mostly to higher costs. For this reason, for example, the path of market introduction of such sensor products is often via high-performance applications, and only after a certain evolutionary development time mass applications with higher cost pressure are addressed.

Bei Magnetfeldsensoren ist eine empfindliche verfügbare Sensortechnologie die Verwendung von supraleitenden Quanteninterferenz-Bauelementen (SQUIDS), mit denen einzelne magnetische Flussquanten aufgelöst werden können. Hiermit lassen sich Anwendungen realisieren wie z. B. die Magnetoenzephalographie mit lokalisierter Messung von Gehirnaktivität anhand der in den Neuronen erzeugten Signalströme und durch induzierter Magnetfelder. Dabei wird ein Auflösungsvermögen der Magnetsensoren von wenigen pico-Tesla (pT) benötigt. Anders als bei SQUIDS ist bei der Sensorvorrichtung 1000 keine Notwendigkeit einer Kühlung unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur erforderlich, welche für die meisten supraleitenden Materialien unterhalb von 63 K liegt, der Temperatur von flüssigem Stickstoff.In magnetic field sensors, one sensitive sensor technology available is the use of superconducting quantum interference devices (SQUIDS) to resolve single magnetic flux quanta. This can be realized applications such. As the magnetoencephalography with localized measurement of brain activity based on the signal currents generated in the neurons and by induced magnetic fields. In this case, a resolution capacity of the magnetic sensors of a few pico-Tesla (pT) is required. Unlike SQUIDS is in the sensor device 1000 no need for cooling below the superconducting transition temperature, which is below 63K for most superconducting materials, the temperature of liquid nitrogen.

Die Sensorvorrichtung 1000 repräsentiert eine Sensortechnologie, welche bei Raumtemperatur betrieben werden kann und eine hohe Sensitivität aufweist, da eine technische Realisierung von Geräten beispielsweise zur lokalisierten, berührungslosen Hirnstrommessung aufgrund des Wegfalls einer aufwendigen Kühlung mit entsprechenden Wärmeisolationsmaßnahmen deutlich vereinfacht. Ebenso besteht bei der Sensorvorrichtung 1000 keine Notwendigkeit, für eine Magnetfeldvektorbestimmung drei identische Magnetfeldsensoren für jede der drei Raumrichtungen zu implementieren. Eine Magnetfeldvektorbestimmung mit einem einzelnen Sensorelement wie bei der Sensorvorrichtung 1000 kann einen Aufwand eines Magnetfeldvektormesssystems deutlich verringern. Die Messung von Magnetfeldvektoren bietet den zusätzlichen Vorteil, dass bei bekannter Richtung des zu messenden Magnetfeldes alle anderen Streufelder aus anderen Richtungen über einen entsprechenden Auswertealgorithmus zum Teil eliminiert werden könnten. Auch weitere Anwendungen wie eine hochgenaue, berührungslose Strommessung an Leiterbahnen oder Kabeln können so realisiert werden.The sensor device 1000 represents a sensor technology, which can be operated at room temperature and has a high sensitivity, since a technical realization of devices, for example, for localized, non-contact brainwave measurement due to the elimination of a complex cooling with appropriate thermal insulation measures significantly simplified. Likewise, there is the sensor device 1000 no need to implement three identical magnetic field sensors for each of the three spatial directions for a magnetic field vector determination. A magnetic field vector determination with a single sensor element as in the sensor device 1000 can significantly reduce the expense of a magnetic field vector measuring system. The measurement of magnetic field vectors offers the additional advantage that, given a known direction of the magnetic field to be measured, all other stray fields from other directions could be eliminated in part via a corresponding evaluation algorithm. Other applications such as high-precision, non-contact current measurement on printed conductors or cables can also be realized in this way.

NV-Zentren 105 reagieren empfindlich auf äußere Magnetfelder. Experimentell konnten Empfindlichkeiten von 1 pT mit einer Abtastrate von 1 kHz nachgewiesen werden und können damit in einen Bereich vordringen, der sich herkömmlicherweise lediglich mit durch Stickstoff gekühlten, supraleitenden SQUIDS erreichen lässt. Die Sensorvorrichtung 1000 bzw. ein NV-Messsystem kann bezüglich Baugröße und Leistungsaufnahme unter Beibehaltung einer hohen Empfindlichkeit minimiert werden.NV centers 105 sensitive to external magnetic fields. Experimentally, sensitivities of 1 pT with a sampling rate of 1 kHz could be detected and can thus penetrate into a range that conventionally can only be achieved with nitrogen-cooled, superconducting SQUIDS. The sensor device 1000 or an NV measuring system can be minimized in terms of size and power consumption while maintaining a high sensitivity.

Eine Empfindlichkeit der Sensorvorrichtung 1000 bzw. eines NV-Magnetfeldsensors hängt insbesondere von einer NV-Dotierungskonzentration im Diamant bzw. Kristallkörper 100, von einer Homogenität und Intensität des Anregungslichtes 210 zur Erzeugung der NV-Fluoreszenz im Diamantkristall 100 sowie von der Homogenität und Intensität der Mikrowellenanregung 430 ab. Um eine maximale Sensitivität zu erreichen, sollte eine maximale Anzahl von NV-Zentren 105 im Diamant 100 optisch angeregt werden. Das ergibt bei einem gegebenen Absorptionsquerschnitt und Relaxationszeiten der angeregten Zustände im NV-Zentrum 105 eine benötigte Lichtleistung von beispielsweise ca. 10fW pro NV-Zentrum 105. Weiterhin hängt die Sensitivität von einer eingesammelten Fluoreszenzlichtleistung ab, um ein möglichst hohes Signal/Rauschverhältnis im Photodetektor bzw. der Detektionseinrichtung 1050 zu ermöglichen, welche wiederum von einer Anzahl der angeregten NV-Zentren 105 und damit von der Dichte der NV-Zentren 105 im Diamant 100 abhängt. Allerdings käme es bei zu hoher NV-Konzentration im Diamantkristall 100 zu einem Übergang von einem isolierten Verhalten jedes einzelnen NV-Zentrums 105 zu einem Überlapp der Wellenfunktionen von Elektronen benachbarter NV-Zentren 105, was die Empfindlichkeit beeinträchtigen würde. Ab einem gewissen Punkt ist also eine Intensitätserhöhung der Fluoreszenz 220 lediglich durch eine Vergrößerung des angeregten Diamantvolumens zu erreichen. Hierfür würde jedoch eine stärkere Lichtquelle benötigt, um die Anregungsleistung pro NV-Zentrum 105 konstant zu halten.A sensitivity of the sensor device 1000 or an NV magnetic field sensor in particular depends on an NV doping concentration in the diamond or crystal body 100 , of a homogeneity and intensity of the excitation light 210 for generating the NV fluorescence in the diamond crystal 100 as well as the homogeneity and intensity of the microwave excitation 430 from. To achieve maximum sensitivity, should have a maximum number of NV centers 105 in the diamond 100 be excited visually. This results in a given absorption cross section and relaxation times of the excited states in the NV center 105 a required light output of, for example, about 10fW per NV center 105 , Furthermore, the sensitivity depends on a collected fluorescent light output in order to achieve the highest possible signal / noise ratio in the photodetector or the detection device 1050 which, in turn, is made possible by a number of the excited NV centers 105 and thus the density of NV centers 105 in the diamond 100 depends. However, it would come at too high NV concentration in the diamond crystal 100 to a transition from an isolated behavior of each NV center 105 to an overlap of the wave functions of electrons of neighboring NV centers 105 which would affect the sensitivity. At some point, therefore, there is an increase in the fluorescence intensity 220 only to be achieved by increasing the volume of diamond excited. However, this would require a stronger light source, the excitation power per NV center 105 to keep constant.

Ein Optimum für die NV-Konzentration liegt beispielsweise im Bereich von 100 ppB, wobei sich im Bereich von 10 ppB bis 10 ppm aber auch funktionale NV-Sensoren abbilden lassen. Bei dieser Konzentration gibt es noch kein Überlapp der quantisierten Elektronenzustände im NV-Zentrum 105 und es kommt nicht zu einer Energieverbreiterung der erlaubten Zustände, und somit können ein Verschmieren der Fluoreszenzdips sowie Sensitivitätseinbußen verhindert werden. Um aufgrund des Absorptionsverhaltens der NV-dotierten Diamanten 100 eine gleichmäßige „Ausleuchtung“ aller NV-Zentren 105 zu gewährleisten, liegt eine optimale Dicke des Diamantkristalls 105 im Falle der optimalen Dotierkonzentration bei 500 um, kann aber abhängig von der NV-Konzentration beispielsweise im Bereich zwischen 100 um und 1 mm liegen. Hieraus lässt sich wiederum eine flächenbezogene Lichtleistung für die homogene Anregung aller NV-Zentren 105 im Diamant 100 bei einer oberflächlichen Bestrahlung berechnen, welche unter Berücksichtigung der Reflexion aufgrund des hohen Brechungsindexsprungs zwischen Luft und Diamant bei ca. 10 mW/10000µm2 liegt. Ergeben sich aufgrund der Auswahl verfügbarer Lichtquellen, der gewünschten Einhaltung bestimmter Laserschutzklassen und bestimmter Vorgaben für den Leistungsverbrauch des Gesamtsystems Grenzen für die verfügbare Lichtleistung (z. B. 10 mW bei high-Power-LEDs), so kann eine Diamantfläche auf 100 µm Kantenlänge beschränkt sein. Größere Flächen könnten hierbei ansonsten trotz einer optimierten und homogenen Lichteinkopplung beispielsweise nicht mehr ausreichend stark angeregt werden. Die Kristallkörpereinheit 1100 ermöglicht es, solche kleinen Funktionseinheiten auch über aktuell verfügbare Pick-and-Place- oder Chip-to-Wafer-Bondverfahren mit einem Zielsubstrat zu verbinden. Somit kann eine kostengünstige Lösung bereitgestellt werden, den Diamant 100 bzw. Kristallkörper 100 mit massenfertigungstauglichen Verfahren zu strukturieren.An optimum for the NV concentration is, for example, in the range of 100 ppB, although it is also possible to image functional NV sensors in the range from 10 ppB to 10 ppm. At this concentration, there is still no overlap of quantized electron states in the NV center 105 and there is no energy broadening of the allowed states, and thus smearing of the fluorescence dips as well as sensitivity losses can be prevented. Due to the absorption behavior of the NV-doped diamonds 100 a uniform "illumination" of all NV centers 105 to ensure optimum thickness of the diamond crystal 105 in the case of the optimum doping concentration at 500 μm, however, depending on the NV concentration, it may be in the range between 100 μm and 1 mm, for example. This in turn allows a surface-related light output for the homogeneous excitation of all NV centers 105 in the diamond 100 with superficial irradiation, which, considering the reflection due to the high refractive index jump between air and diamond, is about 10 mW / 10000 μm 2 . If there are limits to the available light output (eg 10 mW for high-power LEDs) due to the selection of available light sources, the desired compliance with certain laser protection classes and certain requirements for the power consumption of the entire system, a diamond surface can be limited to 100 μm edge length be. In this case, larger areas could otherwise not be stimulated sufficiently strongly despite an optimized and homogeneous light coupling, for example. The crystal body unit 1100 makes it possible to connect such small functional units to a target substrate via currently available pick-and-place or chip-to-wafer bonding methods. Thus, a cost effective solution can be provided, the diamond 100 or crystal body 100 to structure with processes suitable for mass production.

Eine Herstellung photonischer Strukturen ist nachfolgend kurz erläutert. Bei einer Limitierung einer verfügbaren Lichtleistung ist auch ein Diamantvolumen, welches konstant ausgeleuchtet werden kann, und damit eine Anzahl der NV-Zentren 105 aufgrund begrenzter maximaler NV-Konzentration und einer Absorption im Diamant 100 limitiert. Dies und damit auch ein Limit einer maximalen Anzahl von am Messprozess beteiligten NV-Zentren 105 kann durch eine Verwendung von Lichtwellenleiter- und Resonatorstrukturen bzw. einer einfachen facettierten Einkopplung in den Kristallkörper 100 umgangen werden. Solche Strukturen, unter dem Stichwort integrierte Photonik in der Halbleitertechnologie etabliert, können ermöglichen, dass bei gleicher Lichtleistung mehr NV-Zentren 105 als bei Freistrahlanregung angeregt werden können. So kann eine Sensitivität eines solchen Messsystems bzw. einer solchen Sensorvorrichtung 1000, welche mit der Quadratwurzel aus N skaliert, wobei N eine Anzahl der beteiligten NV-Zentren 105 repräsentiert, erhöht werden. Als photonische Strukturen sind beispielsweise folgende optische Strukturen denkbar: Taperstrukturen oder optische Streugitter zur Einkopplung des Anregungslichts 210; Bragg-Gitter; einfache quadratische Strukturen, in denen an einer angeschrägten Seitenkante das Anregungslicht 210 und/oder das Fluoreszenzsignal 220 ein- und ausgekoppelt werden kann. Durch die hier vorgestellte Verwendung eines mechanischen Trägersubstrats 1115 für die Diamantverarbeitung wird eine Hochintegration von Einzelkomponenten der Sensorvorrichtung 1000 bzw. des NV-Messsystems sowie eine kostengünstige Strukturierung von Diamant 100 bzw. Kristallkörper 100 mit halbleitertechnischen- und massenfertigungstauglichen Prozessen ermöglicht. A production of photonic structures is briefly explained below. With a limitation of an available light output is also a diamond volume, which can be constantly illuminated, and thus a number of NV centers 105 due to limited maximum NV concentration and absorption in the diamond 100 limited. This, and thus also a limit on a maximum number of NV centers involved in the measuring process 105 can by using optical waveguide and resonator structures or a simple faceted coupling into the crystal body 100 to be bypassed. Such structures, established under the heading of integrated photonics in semiconductor technology, can enable more NV centers to be used with the same light output 105 can be stimulated by free-jet excitation. Thus, a sensitivity of such a measuring system or such a sensor device 1000 which scales with the square root of N, where N is a number of participating NV centers 105 represents increased. As photonic structures, for example, the following optical structures are conceivable: taper structures or optical scattering gratings for coupling the excitation light 210 ; Bragg grating; simple square structures in which on a bevelled side edge of the excitation light 210 and / or the fluorescence signal 220 can be coupled and disconnected. By the use of a mechanical carrier substrate presented here 1115 for diamond processing, a high integration of individual components of the sensor device 1000 or the NV measuring system and a cost-effective patterning of diamond 100 or crystal body 100 with semiconducting and mass production processes.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3742878 A1 [0003]DE 3742878 A1 [0003]

Claims (13)

Verfahren (1500) zum Fertigen einer Kristallkörpereinheit (1100) für eine Sensorvorrichtung (1000), wobei das Verfahren (1500) zumindest folgende Schritte aufweist: Herstellen (1510) einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem optisch zumindest partiell transparenten Trägersubstrat (1115) und zumindest einem Kristallkörper (100) mit zumindest einer Fehlstelle (105); und Behandeln (1520) des Trägersubstrats (1115) und/oder des zumindest einen Kristallkörpers (100), wobei im Schritt (1520) des Behandelns der zumindest eine Kristallkörper (100) und/oder das Trägersubstrat (1115) in einzelne Segmente aufgeteilt wird.A method (1500) of fabricating a crystal body unit (1100) for a sensor device (1000), the method (1500) comprising at least the following steps: Producing (1510) a bonded connection between an optically at least partially transparent carrier substrate (1115) and at least one crystal body (100) with at least one defect (105); and Treating (1520) the carrier substrate (1115) and / or the at least one crystal body (100), wherein in step (1520) of treating, the at least one crystal body (100) and / or the carrier substrate (1115) is divided into individual segments. Verfahren (1500) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (1520) des Behandelns vor und/oder nach dem Schritt (1510) des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindung ausgeführt wird.Method (1500) according to Claim 1 characterized in that the step (1520) of treating is performed prior to and / or after the step (1510) of establishing the integral connection. Verfahren (1500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1520) des Behandelns ein Teil des zumindest einen Kristallkörpers (100) von dem Trägersubstrat (1115) entfernt wird.Method (1500) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step (1520) of the treatment a part of the at least one crystal body (100) is removed from the carrier substrate (1115). Verfahren (1500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1520) des Behandelns der zumindest eine Kristallkörper (100) strukturiert wird, um integrierte photonische Strukturelemente in dem zumindest einen Kristallkörper (100) zu erzeugen.Method (1500) according to one of the preceding claims, characterized in that, in the step (1520) of the treatment, the at least one crystal body (100) is patterned to produce integrated photonic structural elements in the at least one crystal body (100). Verfahren (1500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1520) des Behandelns eine optische Filtereinrichtung (1060) an dem Trägersubstrat (1115) angeordnet wird.Method (1500) according to one of the preceding claims, characterized in that in step (1520) of the treatment, an optical filter device (1060) is arranged on the carrier substrate (1115). Verfahren (1500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt (1530) des Erzeugens des zumindest einen Kristallkörpers (100) auf einem Wachstumssubstrat (1105), wobei das Wachstumssubstrat (1105) nach dem Schritt (1510) des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindung in einem Schritt (1540) des Entfernens von dem zumindest einen Kristallkörper (100) entfernt wird.The method (1500) according to one of the preceding claims, characterized by a step (1530) of producing the at least one crystal body (100) on a growth substrate (1105), wherein the growth substrate (1105) after the step (1510) of producing the material bond in a step (1540) of removing from the at least one crystal body (100). Verfahren (1600) zum Herstellen einer Sensorvorrichtung (1000), wobei das Verfahren (1600) zumindest folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (1610) einer nach dem Verfahren (1500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche gefertigten Kristallkörpereinheit (1100), einer Lichtquelle (1030) zum Bestrahlen des Kristallkörpers (100) der Kristallkörpereinheit (1100) mit Anregungslicht (210), einer Hochfrequenzeinrichtung (1040) zum Beaufschlagen des Kristallkörpers (100) mit einem Hochfrequenzsignal (430) und einer Detektionseinrichtung (1050) zum Detektieren zumindest einer Signaleigenschaft eines magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals (220) von dem Kristallkörper (100) in und/oder an einem ersten Substrat (1010) und einem zweiten Substrat (1020); und Verbinden (1620) des ersten Substrats (1010) und des zweiten Substrats (1020) miteinander.A method (1600) for manufacturing a sensor device (1000), the method (1600) comprising at least the following steps: Providing (1610) a crystal body unit (1100) produced by the method (1500) according to any one of the preceding claims, a light source (1030) for irradiating the crystal body (100) of the crystal body unit (1100) with excitation light (210), a radio frequency device (1040) for applying the crystal body (100) with a high frequency signal (430) and a detection device (1050) for detecting at least one signal property of a magnetic field dependent fluorescence signal (220) from the crystal body (100) in and / or at a first substrate (1010) and a second one Substrate (1020); and Bonding (1620) the first substrate (1010) and the second substrate (1020) together. Verfahren (1600) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1610) des Bereitstellens das erste Substrat (1010) mit der Lichtquelle (1030) bereitgestellt wird und das zweite Substrat (1020) mit der Detektionseinrichtung (1050), der Kristallkörpereinheit (1100) und der Hochfrequenzeinrichtung (1040) bereitgestellt wird, und/oder wobei die Detektionseinrichtung (1040) in dem zweiten Substrat (1020) ausgeformt wird, die Kristallkörpereinheit (1100) an dem zweiten Substrat (1020) angeordnet oder ausgeformt wird und/oder die Hochfrequenzeinrichtung (1040) an dem zweiten Substrat (1020) angeordnet oder ausgeformt wird.Method (1600) according to Claim 7 characterized in that in step (1610) of providing, the first substrate (1010) is provided with the light source (1030) and the second substrate (1020) is provided with the detection means (1050), the crystal body unit (1100) and the radio frequency device (1040 ), and / or wherein the detection device (1040) is formed in the second substrate (1020), the crystal body unit (1100) is arranged or formed on the second substrate (1020), and / or the high-frequency device (1040) is attached to the second Substrate (1020) is arranged or formed. Verfahren (1600) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1610) des Bereitstellens eine optische Filtereinrichtung (1060) zwischen der Detektionseinrichtung (1050) und dem Kristallkörper (100) oder der Kristallkörpereinheit (1100) bereitgestellt wird, wobei die Filtereinrichtung (1060) ausgebildet ist, um Anregungslicht (210) herauszufiltern und das Fluoreszenzsignal (220) zu der Detektionseinrichtung (1050) durchzulassen.Method (1600) according to one of Claims 7 to 8th characterized in that in the step (1610) of providing, an optical filter means (1060) is provided between the detection means (1050) and the crystal body (100) or the crystal body unit (1100), the filtering means (1060) being adapted to excite light (210) and pass the fluorescent signal (220) to the detection device (1050). Kristallkörpereinheit (1100) für eine Sensorvorrichtung (1000), wobei die Kristallkörpereinheit (1100) zumindest folgende Merkmale aufweist: ein optisch zumindest partiell transparentes Trägersubstrat (1115); und zumindest einen Kristallkörper (100) mit zumindest einer Fehlstelle (105), wobei zwischen dem optisch zumindest partiell transparenten Trägersubstrat (1115) und dem zumindest einen Kristallkörper (100) eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt ist, wobei die Kristallkörpereinheit (1100) nach dem Verfahren (1500) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 gefertigt ist.A crystalline body unit (1100) for a sensor device (1000), the crystal body unit (1100) having at least the following features: an optically at least partially transparent carrier substrate (1115); and at least one crystal body (100) having at least one defect (105), wherein between the optically at least partially transparent carrier substrate (1115) and the at least one crystal body (100) is made a material connection, wherein the crystal body unit (1100) according to the method ( 1500) according to one of Claims 1 to 6 is made. Sensorvorrichtung (1000), die zumindest folgende Merkmale aufweist: eine Kristallkörpereinheit (1100) gemäß Anspruch 10; eine Lichtquelle (1030) zum Bestrahlen des Kristallkörpers (100) der Kristallkörpereinheit (1100) mit Anregungslicht (210); eine Hochfrequenzeinrichtung (1040) zum Beaufschlagen des Kristallkörpers (100) mit einem Hochfrequenzsignal (430); eine Detektionseinrichtung (1050) zum Detektieren zumindest einer Signaleigenschaft eines magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals (220) von dem Kristallkörper (100); ein erstes Substrat (1010), wobei zumindest die Lichtquelle (1030) in und/oder an dem ersten Substrat (1010) angeordnet ist; und ein zweites Substrat (1020), wobei zumindest die Detektionseinrichtung (1050) in und/oder an dem zweiten Substrat (1020) angeordnet ist, wobei die Kristallkörpereinheit (1100) und die Hochfrequenzeinrichtung (1040) in und/oder an dem ersten Substrat (1010) oder dem zweiten Substrat (1020) angeordnet sind, wobei das erste Substrat (1010) und das zweite Substrat (1020) miteinander verbunden sind.A sensor device (1000) having at least the following features: a crystal body unit (1100) according to Claim 10 ; a light source (1030) for irradiating the crystal body (100) of the crystal body unit (1100) with excitation light (210); radio frequency means (1040) for applying a high frequency signal (430) to the crystal body (100); a detection device (1050) for detecting at least one signal characteristic of a magnetic-field-dependent fluorescence signal (220) from the crystal body (100); a first substrate (1010), wherein at least the light source (1030) is disposed in and / or on the first substrate (1010); and a second substrate (1020), wherein at least the detection device (1050) is arranged in and / or on the second substrate (1020), the crystal body unit (1100) and the high-frequency device (1040) in and / or on the first substrate (1020). 1010) or the second substrate (1020), wherein the first substrate (1010) and the second substrate (1020) are bonded together. Sensorvorrichtung (1000) gemäß Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine optische Filtereinrichtung (1060) zwischen der Detektionseinrichtung (1050) und dem Kristallkörper (100) oder der Kristallkörpereinheit (1100), wobei die Filtereinrichtung (1060) ausgebildet ist, um Anregungslicht (210) herauszufiltern und das Fluoreszenzsignal (220) zu der Detektionseinrichtung (1050) durchzulassen.Sensor device (1000) according to Claim 11 characterized by optical filter means (1060) between the detection means (1050) and the crystal body (100) or the crystal body unit (1100), the filtering means (1060) being adapted to filter out excitation light (210) and to emit the fluorescence signal (220) the detection device (1050) pass. Verfahren (1700) zum Erfassen einer Messgröße, wobei das Verfahren (1700) in Verbindung mit der Sensorvorrichtung (1000) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12 ausführbar ist, wobei das Verfahren (1700) zumindest folgende Schritte aufweist: Bestrahlen (1710) des Kristallkörpers (100) der Kristallkörpereinheit (1100) mit Anregungslicht (210); Beaufschlagen (1720) des Kristallkörpers (100) mit dem Hochfrequenzsignal (430), wobei eine Frequenz des Hochfrequenzsignals (430) variiert wird; Auswerten (1730) des magnetfeldabhängigen Fluoreszenzsignals (220) von dem Kristallkörper (100) ansprechend auf das Anregungslicht (210) und das Hochfrequenzsignal (430), um zumindest eine Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals (430) zu ermitteln, bei der zumindest eine detektierte Signaleigenschaft des Fluoreszenzsignals (220) eine vordefinierte Bedingung erfüllt; und Bestimmen (1740) der Messgröße unter Verwendung der zumindest einen Anregungsfrequenz des Hochfrequenzsignals (430).A method (1700) for detecting a measured quantity, the method (1700) being used in conjunction with the sensor device (1000) according to one of the Claims 11 to 12 wherein the method (1700) comprises at least the following steps: irradiating (1710) the crystal body (100) of the crystal body unit (1100) with excitation light (210); Applying (1720) the crystal body (100) to the high frequency signal (430), wherein a frequency of the high frequency signal (430) is varied; Evaluating (1730) the magnetic field dependent fluorescence signal (220) from the crystal body (100) in response to the excitation light (210) and the radio frequency signal (430) to determine at least one excitation frequency of the radio frequency signal (430) at the at least one detected signal property of the fluorescence signal (220) satisfies a predefined condition; and determining (1740) the measurand using the at least one excitation frequency of the high frequency signal (430).
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