EP3791408A1 - Verfahren zum herstellen einer atomfalle sowie atomfalle - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer atomfalle sowie atomfalle

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EP3791408A1
EP3791408A1 EP19710350.0A EP19710350A EP3791408A1 EP 3791408 A1 EP3791408 A1 EP 3791408A1 EP 19710350 A EP19710350 A EP 19710350A EP 3791408 A1 EP3791408 A1 EP 3791408A1
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EP
European Patent Office
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electrical conductor
conductor element
contacting
insulating layer
layer
Prior art date
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EP19710350.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3791408B1 (de
Inventor
Amado Bautista-Salvador
Christian Ospelkaus
Martina Wahnschaffe
Jonathan Morgner
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Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Original Assignee
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
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Publication date
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Publication of EP3791408A1 publication Critical patent/EP3791408A1/de
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Publication of EP3791408B1 publication Critical patent/EP3791408B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
    • H01J49/4205—Device types
    • H01J49/422—Two-dimensional RF ion traps
    • H01J49/4225—Multipole linear ion traps, e.g. quadrupoles, hexapoles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0013—Miniaturised spectrometers, e.g. having smaller than usual scale, integrated conventional components
    • H01J49/0018—Microminiaturised spectrometers, e.g. chip-integrated devices, Micro-Electro-Mechanical Systems [MEMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an atomic trap and an atom trap produced therefrom.
  • Atomic traps are devices for storing neutral atoms and / or ions. These are usually trapped in the case of ions by means of an electric field and in the case of neutral atoms by means of a magnetic field and cooling of the ions to be trapped or neutral atoms in the atomic trap. For cooling, for example, the method of laser cooling can be used.
  • an atomic trap is understood to mean a device for generating such an electric and / or magnetic field by means of which atoms or ions can be stored.
  • any necessary cooling devices are not part of the claimed invention.
  • inhomogeneous magnetic fields or inhomogeneous electric fields are preferably used. It is possible, for example by means of photoionization, first to transfer neutral atoms into ions and then to store these in electric fields.
  • the ions may in particular be monatomic but also multatomic ions, ie, molecular ions.
  • Atomic traps are used, among other things, in quantum information processing, for example as quantum sensors or for quantum sensors. They can be formed from microtechnical structures. This is possible, for example and especially advantageous to form multi-layered nuclear traps. These have several superimposed layers, which in turn each have electrical conductor structures. In this case, it is necessary that the individual layers can be produced reproducibly and with slight deviations, since irregularities propagate and accumulate as a result of the layers being applied one on top of the other. This often leads to manufacturing difficulties in the prior art.
  • the different conductor structures in the individual layers are to be conductively connected to one another, which is difficult to realize in the prior art, in particular in a process with the necessary reproducibility and freedom from irregularities and the required layer thicknesses and material combinations.
  • Atomic traps require an especially well-defined, in particular time-definite, especially constant electric and / or magnetic field for storing atoms and / or ions.
  • interference fields can be minimized by realizing large aspect ratios such that charges accumulated on exposed dielectrics below the conductor layer generate as small as possible electric fields at the location above the structure where the atoms are stored.
  • the aspect ratio is the height of the electrical conductor structures in comparison to the gaps between the same conductor elements.
  • the object of the present invention is to improve the production of atomic traps.
  • the invention achieves the object by a method comprising the steps of: (a) applying an electrically conductive starter layer to a substrate, (b) applying at least one electrical conductor element to the starter layer by means of electrochemical deposition. Divorce and / or in the lift-off process, (c) applying at least one contacting element by means of electrochemical deposition and / or in the lift-off process, so that the at least one contacting element is electrically conductively connected to the at least one electrical conductor element (d) removing the starting layer in areas in which no electrical conductor element has been applied, (e) applying an insulating layer which at least partially covers the at least one electrical conductor element and the at least one contacting element, (f) planarizing the insulating layer and exposing the at least one contacting element and (g) applying at least one further electrical conductor element by means of electrochemical deposition and / or in the lift-off method, so that the at least one further electrical conductor element is electrically conductively connected to the at least one contacting element is.
  • the invention moreover achieves the object by means of an atomic trap which is produced by the process according to the invention and which comprises at least one electrical conductor element applied by electrochemical deposition and / or lift-off, and at least one by electrochemical deposition and / or or in the lift-off method applied contacting element, wherein the at least one electrical conductor element and the at least one contacting element have a layer thickness of at least 1 miti and an aspect ratio of at least 1 sen.
  • the substrate is, for example, a wafer of silicon dioxide or corundum.
  • the substrate can also be formed from a body of electrically conductive material, for example silicon, which has an insulating, ie electrically non-conductive, coating, for example of silicon dioxide or silicon nitride.
  • An electrically conductive starting layer is applied to this substrate in the first step, preferably of an alloy or of a metal, such as, for example, copper, silver or nickel.
  • the starting layer is preferably formed from gold or a gold-containing alloy.
  • Gold is poorly used in semiconductor technology because it has several detrimental properties. Thus, for example, it can contaminate laboratories designed as cleanrooms, so that, for example, in laboratories where gold is used, CMOS semiconductors can no longer be produced.
  • gold is very soft, poor in particular mechanically polishable and also expensive.
  • gold is preferably used since it is, for example, less reactive and has only a slight tendency to adhere adsorbates.
  • At least one electrical conductor element is applied to the starting layer by means of electrochemical deposition and / or in a lift-off process.
  • the electrically conductive starter layer acts in particular as a counter electrode for the electrochemical deposition, which is also referred to as galvanic deposition.
  • a structure is preferably first applied to the starting layer by means of photolithography.
  • the photoresist may, for example, be a positive or negative varnish, wherein the at least one electrical conductor element is applied by means of electrochemical deposition in the regions in which the starting layer is not covered by photoresist.
  • a further layer of photoresist is applied by means of photolithography, wherein preferably the photoresist applied in the previous step has previously been removed.
  • photoresist which may be positive or negative resist
  • the position of the subsequent contacting elements is specified. These are formed by means of electrochemical deposition in the areas in which there is no photoresist.
  • These regions are located in particular above the conductor elements applied to the starting layer, so that the contacting elements are electrically conductively connected to them. Subsequently, the starting layer is removed in areas where no electrical conductor element has been applied. In particular, the previously applied photoresist is removed and the starting layer is removed, for example, by wet or dry etching.
  • the substrate is preferably uncovered in all areas in which there is no electrical conductor element. Alternatively, only narrow regions of the starting layer are removed so that the spaced-apart electrical conductor elements are no longer electrically connected to one another via the starting layer, and areas remain in which the starting layer has not been removed.
  • the removal of the starting layer can alternatively also be carried out before the application of the at least one contacting element.
  • the insulating layer is preferably made of a dielectric or a mixture of different dielectrics, such as a polyimide, a silicone or a polymer of or with benzocyclobutene (BCB).
  • a dielectric or a mixture of different dielectrics such as a polyimide, a silicone or a polymer of or with benzocyclobutene (BCB).
  • the insulating layer can be applied, for example, by means of spin coating (English spin coating). This is particularly preferred when the dielectric comprising the insulating layer is a polyimide or a polymer of or BCB.
  • the insulating layer is applied in such a way that it at least partially, preferably completely, covers the at least one conductor element and the at least one contacting element.
  • the insulating layer preferably encloses the at least one conductor element and the at least one contacting element completely above the substrate and / or the starting layer.
  • the invention also achieves the object by a method comprising the steps of: (a) applying an electrically conductive starting layer to a substrate, (b) applying at least one electrical conductor element to the starting layer by means of electrochemical deposition and / or in the lift -Off method, (c) removing the start layer in Areas in which no electrical conductor element is applied, (d) applying an insulating layer which at least partially, in particular completely covers the at least one conductor element, (e) removing the insulating layer in predetermined areas above the at least one electrical conductor element, so at least one conductor element is partially exposed, (f) application of through-connection elements by means of electrochemical deposition and / or in the lift-off process in the regions in which the at least one electrical conductor element is exposed, and (g) Applying at least one further electrical conductor element by means of electrochemical deposition and / or in the lift-off method, so that the at least one further electrical conductor element is electrically conductively connected to the at least one contacting element.
  • step (e) before performing step (e), namely removing the insulating layer in a predetermined area above the at least one electrical conductor element, so that at least one conductor element is exposed, planarization of the insulating layer takes place, in particular by chemical-mechanical polishing .
  • a starting layer Before applying through-contacting elements in step (f), a starting layer can be applied, which is covered with a photoresist, in particular at the locations where no contacting elements are provided. All statements made on the subject matter of the main claim also apply correspondingly to this embodiment of the method according to the invention.
  • the insulating layer does not have a planar surface, but rather an uneven surface structure. This corresponds in particular to the underlying structures, so that the insulating layer in particular has a greater height above the substrate in the areas in which electrical conductor elements and / or contacting elements lie, than in those areas in which the insulating layer only the substrate is covered.
  • the insulating layer has a structure that corresponds to the underlying structure of substrate, the remaining starting layer, the electrical conductor elements and the contacting elements.
  • the insulating layer is planarized after application and exposed the at least one contacting element.
  • Planarizing means in particular that the Surface of the insulating layer is smoothed so that it is in particular as flat as possible and preferably parallel to the surface of the substrate.
  • the planarization of the insulating layer is preferably carried out by chemical-mechanical polishing.
  • the exposing of the at least one contacting element takes place in particular in one of the two alternative methods presented below.
  • the layer thickness of the material of the insulating layer covering the at least one contacting element is as small as possible. This layer thickness is preferably less than 500 nm, more preferably less than 250 nm.
  • first of all photoresist is applied to the planarized insulating layer.
  • This photoresist can again be positive or negative varnish.
  • the photoresist is preferably applied to the insulating layer such that it is not located in the areas below which the at least one contacting element is located. Particularly preferred remain only area free of photoresist below which the at least one contacting element is located.
  • the dielectric kum ie the insulating layer, are removed above the at least one contacting element and this exposed so.
  • the resulting difference in fleas between the insulating layer and the at least one contacting element with respect to the substrate is preferably at most 500 nm, particularly preferably at most 250 nm.
  • the previously applied photoresist is preferably removed.
  • a further electrically conductive starting layer is applied, which in particular is located both on the insulating layer and on the previously exposed contacting elements.
  • each further electrical conductor element is electrically conductively connected to at least one underlying contacting element.
  • each further electrical conductor element is electrically conductively connected to at least one underlying contacting element.
  • some or all electrical conductor elements are connected to more than one contacting element.
  • This connection preferably takes place via the applied further starting layer, so that the at least one further electrical conductor element and the at least one contacting element are not in direct connection with one another but are connected to one another in an electrically conductive manner via the further starting layer.
  • the electrical conductor elements and / or the Kunststofftechniksele- elements of gold or copper or a gold and / or copper-containing alloy are preferably, the electrical conductor elements and / or the Kunststofftechniksele- elements of gold or copper or a gold and / or copper-containing alloy.
  • gold has a high electrical conductivity.
  • it is poorly reactive and has a low tendency to adhere adsorbates. These can lead to the generation of interference fields, which makes the capture of the atoms and / or ions difficult or even impossible.
  • the exposing of the at least one contacting element takes place by the planarization of the insulating layer in step (f).
  • the insulating layer is planarized until it no longer covers the at least one contacting element.
  • material of the at least one contacting element is also removed by planarizing.
  • this method may lead to contact elements made of soft material, such as pure gold, smearing of Kontak- t istselements when it is reached by the polishing pad.
  • This method is therefore preferably used with sufficiently hard materials for the contacting element, such as copper or nickel or alloys, in particular gold alloys, with a sufficient hardness.
  • the method comprises a step (h), which in particular after step (g) of the main claim, namely the application of at least one further electrical conductor element by means of electrochemical deposition and / or in the lift-off process, so that the at least one further electrical Conductor element is electrically connected to the at least one contacting element, is performed.
  • Step (h) involves removing the insulating layer in areas where no further electrical conductor element has been applied so that voids are formed.
  • a further electrically conductive starter layer has been applied to the insulating layer and the through-connection elements, it is first removed in the areas in which no further electrical conductor element has been applied. This can also be done in the same work step, in which the insulating layer is removed in these areas. In other words, the underlying layers are exposed. The insulating layer is removed, for example, until reaching an underlying electrical conductor element or until the substrate is reached.
  • a gap is to be understood as meaning, in particular, a material-free space which is delimited laterally in at least two spatial directions parallel to the substrate by applied structures. It may, for example, be a material-free space completely, that is to say laterally in all four spatial directions, parallel to the substrate. However, it can also be a channel which is delimited only on two sides and which passes through the atom trap from one side of the substrate to another side of the substrate parallel to the substrate. In addition, it is possible that such a gap forms a channel that does not completely penetrate the atomic trap. In other words, this channel is surrounded on three sides by structures.
  • the gaps have an aspect ratio of at least 1.
  • aspect ratio is meant the height or depth of an object in relation to its smallest lateral extent.
  • the aspect ratio consequently relates to the ratio of the spatial depth of a gap to its smallest width, in particular parallel to the substrate.
  • the depth of a gap is to be understood in particular to mean a distance perpendicular to the substrate, which is formed from the lowest edge of a structure element delimiting the gap to the bottom of the gap, in particular parallel to this edge, formed for example by an electrical conductor element or the substrate becomes.
  • the greater the aspect ratio the greater the depth of the gap in relation to its smallest width, the more advantageous it is for an atom trap.
  • the gaps are as narrow as possible. They therefore preferably have an aspect ratio of at least 3, more preferably at least 4, even more preferably at least 5.
  • the method comprises the step of repeating steps (c) through (g) or (c) through (h) to obtain a multi-layered atomic trap.
  • the manufacturing method according to this embodiment of the atomic trap is not finished after performing steps (a) to (g) or (a) to (h). Rather, a part of the steps is repeated at least once.
  • step (g) further contacting elements are applied by means of electrochemical deposition and / or in the lift-off method, which are connected in an electrically conductive manner to the electrical conductor elements applied in step (g). If a starting layer has been applied and this has not previously been removed, for example for creating gaps, it is then subsequently removed. If no starting layer is present any more in areas in which no electrical conductor element has been applied, in particular step (d) need not be carried out.
  • the steps (c) to (g) or (c) to (h) are preferably carried out at least once, more preferably at least five times, more preferably at least ten times, and even more preferably at least twenty times.
  • a multilayered structure of conductor elements is created, which are connected to one another via through-connection elements in a direction perpendicular to the substrate.
  • the aspect ratio of the gap increases with each additional layer applied as the structural features surrounding it become higher.
  • the aspect ratio is preferably at least 1, particularly preferably at least 3, more preferably at least 4 and very particularly preferably at least 5, is in particular the aspect ratio of the resulting gaps, ie in the finished, preferably multi-layered nuclear trap understand.
  • the largest possible aspect ratio is advantageous because possibly interfering substances or adsorbates are less likely to get into these gaps can penetrate and settle there. By means of such interfering substances or adsorbates, it is possible, for example, to form electrical interference fields which hinder or even prevent the trapping of neutral atoms or ions in the atomic trap.
  • the highest possible aspect ratio is also advantageous because dielectrics can carry surface charges in the lower part of the gap. These surface charges, when hidden so deeply in the gaps, generate only small electric fields at the location of the stored atoms and thus disturb them less.
  • the electrical conductor elements are preferably applied with a layer thickness of at least 1 ⁇ m and / or the insulating layer and / or the at least one contacting element are applied with a layer thickness of at least 1 ⁇ m.
  • the largest possible thickness of the electrical conductor elements is diametrically opposed to the usual in microtechnology attempts to further miniaturization.
  • the thickest possible conductor elements are advantageous since they can lead to larger currents.
  • such large currents are advantageous or even necessary.
  • the contacting elements preferably also have a layer thickness of at least 1 ⁇ m.
  • Such a layer thickness of at least 1 pm can be achieved, for example, with the otherwise disadvantageous method of electrochemical deposition in microtechnology. This usually has the disadvantage that too thick and for many microtechnical applications to irregular elements are generated.
  • the insulating layer has a layer thickness of at least 1 pm.
  • the thickness of the insulating layer preferably corresponds to the layer thickness of the contacting elements. It is preferably the same size or larger.
  • the layer thickness of the electrical conductor elements and / or the contacting elements and / or the insulating layer is more than 3 miti, more preferably more than 5 miti and more preferably more than 10 miti.
  • the conductor elements and / or the contacting elements preferably have an aspect ratio of at least 1.
  • the spatial extent in the direction perpendicular to the substrate is at least equal to the smallest lateral extent, which runs in particular parallel to the substrate.
  • the conductor elements and / or the contacting elements have an aspect ratio of at least 3, more preferably of at least 4, even more preferably of at least 5.
  • the substrate has a recess for passing an atom beam or such a recess is introduced into the substrate.
  • a recess may, for example, be a channel which completely passes through the substrate from a bottom side to an upper side and is therefore surrounded by the substrate in all four spatial directions parallel to the substrate.
  • the recess is surrounded by the substrate in only three spatial directions.
  • an atomic beam can be passed, from which atoms or ions are trapped by the atomic trap.
  • the atom beam may also be an ion beam according to the invention.
  • Such a beam can be generated, for example, by selective heating of a metal wire, such as a beryllium wire.
  • a metal wire such as a beryllium wire.
  • the substrate has at least one substrate via element or this is introduced into the substrate.
  • the substrate has an upper side and a lower side, wherein the method according to the invention is carried out in particular on the upper side of the substrate. From the top to the bottom of the Substrate preferably extends the at least one electrically conductive substrate via element.
  • the electrical conductor elements are preferably applied such that they are electrically conductively connected to this at least one Substrat- fürmeld istselement.
  • the power source necessary for energizing the electrical conductor elements can be connected to the back of the substrate.
  • the electrical current can then be conducted via the substrate via element into the at least one electrical conductor element. It is also possible that only a potential, in particular static voltages, is applied to the electrical conductor elements. In other words, energizing the at least one electrical conductor element is possible, but not necessary.
  • An atomic trap according to the invention is characterized in that it has conductor elements and contacting elements whose layer thickness is at least 1 ⁇ m. This is possible in particular only by the electrochemical deposition during production. Other manufacturing methods, such as sputtering, in particular lead to significantly lower layer thicknesses and are therefore not technically useful.
  • a high layer thickness is advantageous because in particular traps for neutral atoms must be able to carry high currents in order to provide field configurations with a stable and very large spatial inhomogeneity for the storage of the atoms.
  • the conductor elements and the contacting elements have an aspect ratio of at least 1, so that in particular narrow structures are formed.
  • Preferably also formed gaps have aspect ratios of at least 1. This ensures in particular that charges accumulated on dielectric layers in the wall region of the gaps below conductor elements cause the smallest possible interference fields at the location of the atoms.
  • the atomic trap according to the invention is also characterized in particular by the fact that its structure is particularly easy to scale. In other words, in particular In particular, almost any number of layers, in particular at least 10 layers, are formed without irregularities propagating in such a way that a functional construction is no longer possible.
  • FIG. 1 shows the first part of a flow chart of a method of producing an atomic trap according to the invention
  • FIG. 2 shows the second part of the flow diagram of the production method according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an atomic trap according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a further embodiment of an atomic trap according to the invention, with a recess for passing an atomic beam as well as substrate through-connection elements, and
  • FIG. 5 is a detail of a schematic sectional view of a multi-layered nuclear trap according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 show diagrammatically an inventive manufacturing method.
  • the starting layer 2 which is metallic in this case, is already applied to the substrate 1 in FIG. 1, in particular over the entire surface and by means of vapor deposition.
  • Photoresist 3 is then applied to the latter, in particular by means of spin coating or spray coating.
  • the photoresist is preferably either negative varnish or positive varnish.
  • a mask is used which is translucent at the points at which the subsequent electrical conductor elements 4 (4.1, 4.2) are to be arranged. Exposure makes the positive varnish liquid or soluble at the exposed areas so that it can be removed in these areas.
  • the photoresist 3 is arranged only in the areas in which no electrical conductor elements 4 are to be applied. It serves insofar as a form or template for applying the at least one electrical conductor element 4.
  • the areas of the mask are translucent, in which the later electrical conductor elements 4 are not to be applied. In these areas, the photoresist 3 hardens under exposure. In the unexposed areas, it can be correspondingly removed, and in turn results in a shape or template for applying the at least one electrical conductor element 4.
  • the starting layer 2 functions in the galvanic deposition of the electrical conductor elements 4.1 and 4.2 as counterelectrode.
  • further photoresist 3 is applied, which serves as a mold or template for the contacting elements 6.
  • the previously applied photoresist can be removed first.
  • the contacting elements 6, in the present case the three contacting elements 6.1 to 6.3, are applied by means of electrolytic deposition in the areas in which no photoresist 3 is present.
  • the photoresist 3 is then completely removed in particular. This can be done by means of a suitable solvent, such as acetone.
  • the starting layer 2 is removed in the areas in which no conductor elements 4 are applied to them. It is preferably possible to remove the starting layer 2 and the photoresist 3 in a single operation.
  • the starting layer 2 can already be removed before the application of the contacting elements 6.
  • an insulating layer 7 is applied.
  • this consists of a polyimide and is applied by means of spin coating.
  • the insulating layer preferably completely covers the previously applied structures. Due to the different heights of the individual structures relative to the substrate 1, the insulating layer has a structure that corresponds in particular to the underlying structures. Preferably, the height of the insulating layer, ie the distance between the surface and the underlying structure, is almost constant. This is indicated in Fig. 1 as h1. However, the absolute height of the insulating layer over the substrate varies and results in the said corresponding structure.
  • the insulating layer 7 is subsequently planarized. It is preferably planarized by means of chemical-mechanical polishing, so that it then preferably has a constant height h 2 above the substrate 1. It is therefore removed material of the insulating layer.
  • the insulating layer 7 is planarized only so far, so only removed so much material that the contacting elements 6.1 to 6.3 are still covered by the insulating layer 7.
  • the height of these the Kunststofftechniksele- elements 6.1. to 6.3 covering layer is in particular as small as possible. It is preferably less than 250 nm.
  • photoresist 3 is applied again, which eliminates the areas below which the contacting elements 6.1. to 6.3. In these omitted areas, the insulating layer is removed, for example by etching or a suitable solvent. Preferably, a method is used for the removal that the contacting elements 6 does not attack.
  • the height is still the, in particular constant, height h2.
  • a further electrically conductive starting layer 12 is then applied.
  • photoresist 3 is applied again, which serves as a mold or template for the further electrical conductor elements 14.1 and 14.2. These are applied to the further starting layer 12 by means of electrochemical deposition.
  • the photoresist is removed.
  • the further starting layer 12 is also removed in the areas in which no further electrical conductor element 14 is applied. This takes place in two separate steps or preferably in one work step.
  • the insulating layer 7 is now exposed. This is subsequently also removed, for example by etching, so that gaps 8 are formed. These gaps are bounded by the electrical conductor elements 4 and / or the substrate down. In the present case, the gap 8.1 is limited by the electrical conductor element 4.1. The gap indicated at the edge 8.2. however, is limited by the substrate 1.
  • FIG. 3 shows an atomic trap 20 according to the invention.
  • a plurality of multi-layered and spatially separated conductor structures 21 to 23 are shown schematically in FIG. These were applied to the substrate 1 in accordance with the method sketched in FIGS. 1 and 2.
  • the conductor structures 21 to 23 are preferably not conductively connected to one another and each have their own electrical connection 29 for energizing.
  • the conductor structures 21 to 23 serve to cause an, in particular inhomogeneous, electric field above the atomic trap.
  • ions 24.1 to 24.3 are captured and stored. These ions were previously Ionization generated from neutral atoms.
  • a laser beam 25 is used for photoionization.
  • the conductor structures 22.1 and 22.2 are connected to AC voltage and the conductor structures 23.1 and 23.2 to ground.
  • the conductor structures 23 are connected to a DC voltage different from 0.
  • FIG. 4 schematically shows a further embodiment of an atomic trap 20 according to the invention.
  • This atomic trap in turn has multilayer conductor structures 21 to 23, wherein in addition a recess 26 has been introduced in the form of a channel in the substrate 1. An atom beam 27 is passed through this recess.
  • the atomic beam 27 can be produced by heating a metal wire, for example, by selective heating of a beryllium wire to more than 1000 K.
  • atoms of the atom beam are transferred by means of photoionization into ions 24.1 to 24.3, which are stored in the electric field caused by the multilayer conductor structures 21 to 23.
  • the substrate also has substrate via elements 28, via which the multilayer conductor structures 21 to 23 are energized.
  • each multilayer conductor structure 21 to 23 is assigned at least one substrate via element 28.
  • FIG. 5 shows an exemplary sectional view of a multi-layered nuclear trap.
  • the sectional view corresponds to the atomic trap of the manufacturing method shown in FIGS. 1 and 2.
  • conductor elements 14.1 and 14.2 further contacting elements 16.1 and 16.2 were applied by means of electrochemical deposition. These are preferably identically dimensioned as the contacting elements 6.1 to 6.3.
  • a further insulating layer 17 was applied by means of spin coating.
  • the contacting elements are exposed and a further starting layer (not shown) adjoins, which is mounted on the further contacting elements 16. 1 and 16. 2 and the further insulating layer 17.
  • FIG. 5 shows that the aspect ratio, ie the ratio of the width to the height of the gaps 8. 1 and 8. 2, increases as a result of the application of further layers.
  • the gaps 8.1 and 8.2 in Figure 5 have a greater height than in Figure 2, which leads to a larger aspect ratio with the same width.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Atomfalle (20), mit den Schritten: (a) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Startschicht (2) auf ein Substrat (1), (b) Aufbringen zumindest eines elektrischen Leiterelements (4) auf die Startschicht (2) mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, (c) Aufbringen zumindest eines Kontaktierungselements (6) mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, sodass das zumindest eine Kontaktierungselement (6) elektrisch leitend mit dem zumindest einen elektrischen Leiterelement (4) verbunden ist, (d) Entfernen der Startschicht (2) in Bereichen, in denen kein elektrisches Leiterelement (4) aufgebracht wurde, (e) Aufbringen einer Isolierschicht (7), die das zumindest eine elektrische Leiterelement (4) und das zumindest eine Kontaktierungselement (6) zumindest teilweise überdeckt, (f) Planarisieren der Isolierschicht (7) und Freilegen des zumindest einen Kontaktierungselements (6), und (g) Aufbringen zumindest eines weiteren elektrischen Leiterelements (14) mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, sodass das zumindest eine weitere elektrische Leiterelement (14) elektrisch leitend mit dem zumindest einen Kontaktierungselement (6) verbunden ist.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Atomfalle sowie Atomfalle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Atomfalle sowie eine da- nach hergestellte Atomfalle.
Atomfallen sind Vorrichtungen zur Speicherung von neutralen Atomen und/oder lo- nen. Diese werden üblicherweise im Falle von Ionen mittels eines elektrischen Fel- des und im Falle von neutralen Atomen mittels eines magnetischen Felds sowie Küh- lung der zu fangenden Ionen oder Neutralatome in der Atomfalle gefangen. Zur Küh- lung kann beispielsweise das Verfahren der Laserkühlung eingesetzt werden.
Unter Speichern ist insbesondere zu verstehen, dass die Neutralatome oder Ionen die Atomfalle oder das jeweilige Feld über einen Zeitraum von zumindest einer Se- kunde, vorzugsweise von zumindest einer Minute, weiter vorzugsweise von zumin- dest 10 Minuten nicht verlassen.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird unter einer Atomfalle eine Vorrichtung zur Er- zeugung eines solchen elektrischen und/oder magnetischen Feldes verstanden, mit- tels derer Atome oder Ionen speicherbar sind. Mit anderen Worten sind gegebenen- falls notwendige Kühlvorrichtungen nicht Teil der beanspruchten Erfindung.
Zum Fangen bzw. Speichern der Neutralatome oder Ionen werden bevorzugt inho- mogene Magnetfelder oder inhomogene elektrische Felder verwendet. Es ist mög- lich, beispielsweise mittels Photoionisation, Neutralatome zunächst in Ionen zu über- führen und diese dann in elektrischen Feldern zu speichern.
Bei den Ionen kann es sich insbesondere um einatomige, aber auch um mehrato- mige Ionen, also Molekül-Ionen, handeln.
Atomfallen werden unter anderem in der Quanteninformationsverarbeitung, beispiels- weise als Quantensensoren oder für Quantensensoren, eingesetzt. Sie können aus mikrotechnischen Strukturen gebildet werden. Hierbei ist es beispielsweise möglich und insbesondere vorteilhaft, mehrlagige Atomfallen zu bilden. Diese weisen meh- rere übereinanderliegende Lagen auf, die ihrerseits jeweils elektrische Leiterstruktu- ren aufweisen. Hierbei ist es notwendig, dass die einzelnen Lagen reproduzierbar und mit geringen Abweichungen herstellbar sind, da sich Unregelmäßigkeiten durch das Aufeinanderaufbringen der Lagen fortpflanzen und sich addieren. Dies führt im Stand der Technik häufig zu Herstellungsschwierigkeiten.
Darüber hinaus sollen die unterschiedlichen Leiterstrukturen in den einzelnen Lagen miteinander leitend in Verbindung stehen, was im Stand der Technik, insbesondere bei einem Prozess mit der notwendigen Reproduzierbarkeit und Freiheit von Unre- gelmäßigkeiten sowie den benötigten Schichtdicken und Materialkombinationen, nur schwierig zu realisieren ist.
Zudem sind Atomfallen sehr anfällig gegenüber insbesondere elektrischen Störfel- dern. Atomfallen benötigen ein insbesondere zeitlich in sich möglichst wohldefinier- tes, insbesondere konstantes elektrisches und/oder magnetisches Feld zum Spei- chern von Atomen und/oder Ionen.
Zur Erzeugung der elektrischen Felder müssen insbesondere hohe Spannungen von mehreren Volt bis zu mehreren Hundert Volt an die Leiterstrukturen angelegt werden, ohne die Strukturen zu beschädigen. Die resultierenden, insbesondere stark inhomo- genen elektromagnetischen Felder dienen dazu, die Atome möglichst stark in der Atomfalle einzuschließen, sodass der hierdurch gegebene Einschluss wesentlich stärker ist als eventuell auftretende Störfelder.
Weiterhin lassen sich beispielsweise Störfelder minimieren, indem große Aspektver- hältnisse realisiert werden, sodass auf exponierten Dielektrika unterhalb der Leiter- schicht akkumulierte Ladungen möglichst kleine elektrische Felder am Ort oberhalb der Struktur erzeugen, wo die Atome gespeichert werden. Unter Aspektverhältnis ist insbesondere die Höhe der elektrischen Leiterstrukturen im Vergleich zu den Lücken zwischen denselben Leiterelementen zu verstehen.
Aus dem Artikel„Fabrication of a planar micro Penning trap and numerical investiga- tions of versatile ion positioning protocols” von Hellwig et al, New J. Phys. 12 (2010), S. 065019-1 - 065019-10 wird die Herstellung einer Penning-Falle mit wabenförmi- ger Fallenstrukur beschrieben. Dazu wird in einem Formschritt Gold elektrochemisch abgeschieden. Die Herstellung von Strukturen, mittels derer komplexe magnetische Felder erzeugt werden können, ohne dass Störfelder auftreten, ist mit einem solchen Verfahren kaum möglich.
Aus dem Artikel„Experimental methods for trapping ions using microfabricated surface ion traps“ von Hong et al, J. Vis. Exp. 126 (2017), S. e56060-1 - e56060-14 wird eine Paul-Falle beschrieben, die durch sukzessives Aufbringen von Leiterbah- nen hergestellt wird. Die Leiterbahnen werden durch Aufschleudern von Fotolack, Strukturieren und Entfernen hergestellt. Mit dem dort beschriebenen Verfahren ist das Herstellen von Strukturen, die große elektrische Ströme mit hinreichend elektri- schem Widerstand leiten, kaum möglich.
In der Dissertation„Integrated electromagnets and radiofrequency spectroscopy in a planar Paul trap“ von Bautista-Salvador, Kapitel 3; Dissertation, Universität Ulm, 2015; DOI: 10.18725/OPARU-3352 wird die Herstellung einer Paul-Falle beschrie- ben, bei der Goldlagen elektrochemisch aufgebracht werden. In unterschiedlicher Richtung verlaufende Elektroden in verschiedenen Ebenen werden in der Disserta- tion nicht beschrieben.
In dem Artikel„Implementation of a Symmetrie surface-elektrode ion trap with field compensation using a modulated Raman effect“ von Allcock et al, New J. Phys. 12 (2010), S. 053026-1 - 053026-18 wird ebenfalls eine Paul-Falle beschrieben, in der Elektroden durch elektrochemisches Abscheiden hergestellt wurden. Auch diese Druckschrift befasst sich nicht mit dem Aufbringen mehrerer Lagen an Elektroden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Herstellung von Atomfallen zu verbessern.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Schritten: (a) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Startschicht auf ein Substrat, (b) Aufbringen zumindest ei- nes elektrischen Leiterelements auf die Startschicht mittels elektrochemischer Ab- Scheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, (c) Aufbringen zumindest eines Kontaktie- rungselements mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfah- ren, sodass das zumindest eine Kontaktierungselement elektrisch leitend mit dem zumindest einen elektrischen Leiterelement verbunden ist, (d) Entfernen der Start- schicht in Bereichen, in denen kein elektrisches Leiterelement aufgebracht wurde, (e) Aufbringen einer Isolierschicht, die das zumindest eine elektrische Leiterelement und das zumindest eine Kontaktierungselement zumindest teilweise überdeckt, (f) Plan- arisieren der Isolierschicht und Freilegen des zumindest einen Kontaktierungsele- ments und (g) Aufbringen zumindest eines weiteren elektrischen Leiterelements mit- tels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, sodass das zu- mindest eine weitere elektrische Leiterelement elektrisch leitend mit dem zumindest einen Kontaktierungselement verbunden ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe zudem durch eine Atomfalle, die nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren hergestellt ist und die zumindest ein durch elektrochemi- sche Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren aufgebrachtes elektrisches Lei- terelement und zumindest ein durch elektrochemische Abscheidung und/oder im Lift- Off-Verfahren aufgebrachtes Kontaktierungselement aufweist, wobei das zumindest eine elektrische Leiterelement und das zumindest eine Kontaktierungselement eine Schichtdicke von zumindest 1 miti und ein Aspektverhältnis von zumindest 1 aufwei- sen.
Bei dem Substrat handelt es sich beispielsweise um einen Wafer aus Siliziumdioxid oder Korund. Das Substrat kann zudem aus einem Körper aus elektrisch leitfähigem Material gebildet sein, beispielsweise Silizium, der eine isolierende, also elektrisch nicht leitende, Beschichtung, beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, aufweist.
Auf dieses Substrat wird im ersten Schritt eine elektrisch leitfähige Startschicht auf- gebracht, vorzugsweise aus einer Legierung oder einem Metall, wie beispielsweise Kupfer, Silber oder Nickel. Bevorzugt wird die Startschicht aus Gold oder einer gold- haltigen Legierung gebildet. Gold wird in der Halbleitertechnik nur wenig verwendet, da es mehrere nachteilige Ei- genschaften aufweist. So kann es beispielsweise als Reinräume ausgebildete Labo- ratorien kontaminieren, sodass beispielsweise in Laboratorien, in denen mit Gold ge- arbeitet wird, keine CMOS-Halbleiter mehr herstellbar sind. Darüber hinaus ist Gold sehr weich, schlecht insbesondere mechanisch polierbar und zudem teuer.
In der vorliegenden Erfindung wird Gold dennoch bevorzugt eingesetzt, da es bei spielsweise wenig reaktiv ist und nur eine geringe Tendenz zum Anhaften von Adsor- baten aufweist.
In einem weiteren Schritte wird zumindest ein elektrisches Leiterelement mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren auf die Startschicht aufgebracht. Die elektrisch leitende Startschicht fungiert hierbei insbesondere als Gegenelektrode für die elektrochemische Abscheidung, die auch als galvanische Ab- scheidung bezeichnet wird.
Hierzu wird vorzugsweise zunächst mittels Fotolithografie eine Struktur auf die Start- schicht aufgebracht. Bei dem Fotolack kann es sich beispielsweise um einen Positiv- oder Negativlack handeln, wobei das zumindest eine elektrische Leiterelement mit- tels elektrochemischer Abscheidung in den Bereichen aufgebracht wird, in denen die Startschicht nicht von Fotolack bedeckt ist.
Abschließend wird mittels Fotolithografie eine weitere Schicht Fotolack aufgetragen, wobei vorzugsweise der im vorherigen Schritt aufgetragene Fotolack zuvor entfernt wurde.
Mittels dieser Struktur aus Fotolack, der Positiv- oder Negativlack sein kann, wird die Lage der späteren Kontaktierungselemente vorgegeben. Diese werden mittels elekt- rochemischer Abscheidung in den Bereichen gebildet, in denen sich kein Fotolack befindet.
Diese Bereiche befinden sich insbesondere oberhalb der auf die Startschicht aufge- brachten Leiterelemente, so dass die Kontaktierungselemente elektrisch leitend mit diesen verbunden sind. Anschließend wird die Startschicht in Bereichen, in denen kein elektrisches Leiterele- ment aufgebracht wurde, entfernt. Hiervor wird insbesondere der zuvor aufgebrachte Fotolack entfernt und die Startschicht beispielsweise durch Nass- oder Trockenätzen entfernt.
Bevorzugt ist das Substrat in allen Bereichen, in denen sich kein elektrisches Lei- terelement befindet, freigelegt. Alternativ werden nur schmale Bereiche der Start- schicht entfernt, sodass die voneinander beabstandeten elektrischen Leiterelemente nicht mehr elektrisch leitend über die Startschicht untereinander verbunden sind, und weiterhin Bereiche verbleiben, in denen die Startschicht nicht entfernt wurde.
Das Entfernen der Startschicht kann alternativ auch vor dem Aufbringen des zumin- dest einen Kontaktierungselements erfolgen.
Die Isolierschicht besteht vorzugsweise aus einem Dielektrikum oder einer Mischung unterschiedlicher Dielektrika, wie beispielsweise einem Polyimid, einem Silikon oder einem Polymer aus oder mit Benzocyclobuten (BCB).
Die Isolierschicht kann beispielsweise mittels Schleuderbelackung (engl. Spin- Coating) aufgebracht werden. Dies ist besonders bevorzugt, wenn es sich bei dem Dielektrikum, aus dem die Isolierschicht besteht, um ein Polyimid oder um ein Poly- mer aus oder mit BCB handelt.
Die Isolierschicht wird derart aufgebracht, dass sie das zumindest eine Leiterelement und das zumindest eine Kontaktierungselement zumindest teilweise, bevorzugt voll- ständig, überdeckt. Die Isolierschicht umschließt das zumindest eine Leiterelement und das zumindest eine Kontaktierungselement vorzugsweise vollständig oberhalb des Substrats und/oder der Startschicht.
Die Erfindung löst die Aufgabe zudem durch ein Verfahren mit den Schritten: (a) Auf- bringen einer elektrisch leitfähigen Startschicht auf ein Substrat, (b) Aufbringen zu- mindest eines elektrischen Leiterelements auf die Startschicht mittels elektrochemi- scher Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, (c) Entfernen der Startschicht in Bereichen, in denen kein elektrisches Leiterelement aufgebracht ist, (d) Aufbringen einer Isolierschicht, die das zumindest eine Leiterelement zumindest teilweise, insbe- sondere vollständig überdeckt, (e) Entfernen der Isolierschicht in vorbestimmten Be- reichen oberhalb des zumindest einen elektrischen Leiterelements, sodass das zu- mindest eine Leiterelement teilweise freigelegt wird, (f) Aufbringen von Durchkontak- tierungselementen mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Ver- fahren in den Bereichen, in denen das zumindest einen elektrische Leiterelement freigelegt ist, und (g) Aufbringen zumindest eines weiteren elektrischen Leiterele- ments mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, sodass das zumindest eine weitere elektrische Leiterelement elektrisch leitend mit dem zu- mindest einen Kontaktierungselement verbunden ist. Optional erfolgt vor der Durch- führung von Schritt (e), nämlich dem Entfernen der Isolierschicht in vorbestimmten Bereich oberhalb des zumindest einen elektrischen Leiterelements, sodass das zu- mindest das eine Leiterelement freigelegt wird, ein Planarisieren der Isolierschicht, insbesondere durch chemisch-mechanisches Polieren. Vor dem Aufbringen von Durchkontaktierungselementen in Schritt (f) kann eine Startschicht aufgebracht wer- den, welche insbesondere an den Stellen, an denen keine Kontaktierungselemente vorgesehen sind, mit einem Fotolack abgedeckt werden. Alle zum Gegenstand des Hauptanspruchs getroffenen Aussagen gelten entsprechend auch für diese Ausge- staltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Durch die bisher aufgebrachten unterschiedlichen Strukturen, die insbesondere un- terschiedliche Höhen aufweisen, weist die Isolierschicht keine ebene Oberfläche auf, sondern vielmehr eine unebene Oberflächenstruktur. Diese korrespondiert insbeson- dere zu den darunter liegenden Strukturen, sodass die Isolierschicht insbesondere eine größere Höhe über dem Substrat in den Bereichen aufweist, in denen elektri- sche Leiterelemente und/oder Kontaktierungselemente liegen, als in solchen Berei- chen, in denen die Isolierschicht lediglich das Substrat überdeckt. Insbesondere weist die Isolierschicht eine Struktur auf, die der darunterliegenden Struktur aus Sub- strat, der verbleibenden Startschicht, den elektrischen Leiterelementen und den Kon- taktierungselementen entspricht.
Die Isolierschicht wird nach dem Aufbringen planarisiert und das zumindest eine Kontaktierungselement freigelegt. Planarisieren bedeutet insbesondere, dass die Oberfläche der Isolierschicht geglättet wird, sodass sie insbesondere möglichst eben ist und bevorzugt parallel zur Oberfläche des Substrats verläuft. Das Planarisieren der Isolierschicht erfolgt bevorzugt durch chemisch-mechanisches Polieren.
Das Freilegen des zumindest einen Kontaktierungselements erfolgt insbesondere in einem der zwei im Folgenden dargestellten alternativen Verfahren.
Bevorzugt wird beim Planarisieren insbesondere so viel Material der Isolierschicht entfernt, dass das zumindest eine Kontaktierungselement zwar noch von der Isolier- schicht überdeckt wird, die Schichtdicke des, das zumindest eine Kontaktierungsele- ment überdeckenden, Materials der Isolierschicht jedoch möglichst gering ist. Diese Schichtdickte beträgt vorzugsweise weniger als 500 nm, besonders bevorzugt weni- ger als 250 nm.
Bevorzugt wird zum Freilegen des zumindest einen Kontaktierungselements zu- nächst Fotolack auf die planarisierte Isolierschicht aufgebracht. Bei diesem Fotolack kann es sich wiederum um Positiv- oder Negativlack handeln. Der Fotolack wird be- vorzugt derart auf die Isolierschicht aufgebracht, dass er sich nicht in den Bereichen befindet, unterhalb derer sich das zumindest eine Kontaktierungselement befindet. Besonders bevorzugt bleiben ausschließlich Bereich frei von Fotolack, unterhalb de- rer sich das zumindest eine Kontaktierungselement befindet.
Anschließend kann beispielsweise mittels Nass- oder Trockenätzens das Dielektri kum, also die Isolierschicht, oberhalb des zumindest einen Kontaktierungselements entfernt werden und dieses so freigelegt werden.
Der hiernach entstehende Flöhenunterschied zwischen der Isolierschicht und dem zumindest einen Kontaktierungselement gegenüber dem Substrat beträgt bevorzugt höchstens 500 nm, besonders bevorzugt höchstens 250 nm.
Vor dem Aufbringen des zumindest einen weiteren elektrischen Leiterelements wird vorzugsweise der zuvor aufgebrachte Fotolack entfernt.
Besonders bevorzugt wird vor dem Aufbringen des zumindest einen weiteren elektri- schen Leiterelements eine weitere elektrisch leitfähige Startschicht aufgebracht, die sich insbesondere sowohl auf der Isolierschicht als auch auf den zuvor freigelegten Kontaktierungselementen befindet.
Das zumindest eine weitere elektrische Leiterelement wird derart aufgebracht, dass es elektrisch leitend mit dem zumindest einen Kontaktierungselement verbunden ist. Erfindungsgemäß ist daher jedes weitere elektrische Leiterelement elektrisch leitend mit zumindest einem darunterliegenden Kontaktierungselement verbunden. Es ist je doch ebenfalls möglich, dass einige oder alle elektrischen Leiterelemente mit mehr als einem Kontaktierungselement verbunden sind.
Diese Verbindung erfolgt bevorzugt über die aufgebrachte weitere Startschicht, so- dass das zumindest eine weitere elektrische Leiterelement und das zumindest eine Kontaktierungselement nicht in direkter Verbindung miteinander stehen, sondern elektrisch leitend miteinander über die weitere Startschicht verbunden sind.
Bevorzugt bestehen die elektrischen Leiterelemente und/oder die Kontaktierungsele- mente aus Gold oder Kupfer oder einer gold- und/oder kupferhaltigen Legierung.
Trotz der beschriebenen allgemeinen Nachteiligkeit der Verwendung von Gold in der Mikrotechnik ist es für die erfindungsgemäße Atomfalle bzw. das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für eine Atomfalle vorteilhaft. So weist Gold eine hohe elektri sche Leitfähigkeit auf. Darüber hinaus ist es wenig reaktiv und hat eine geringe Ten- denz zum Anhaften von Adsorbaten. Diese können zum Entstehen von Störfeldern führen, welche das Einfangen der Atome und/oder Ionen erschwert oder sogar ver- hindert.
Bevorzugt erfolgt das Freilegen des zumindest einen Kontaktierungselements durch das Planarisieren der Isolierschicht in Schritt (f).
Dies bedeutet, dass die Isolierschicht so lange planarisiert wird, bis sie das zumin- dest eine Kontaktierungselement nicht mehr überdeckt. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass durch ein Planarisieren zusätzlich zu dem Material der Isolierschicht auch Material des zumindest einen Kontaktierungselements abgetragen wird. Insbesondere wenn das Planarisieren der Isolierschicht mittels chemisch-mechani- schem Polieren erfolgt, kann dieses Verfahren bei Kontaktierungselementen aus wei- chem Material, wie beispielsweise reinem Gold, zu einem Verschmieren des Kontak- tierungselements führen, sobald dieses von der Polierscheibe erreicht wird.
Dieses Verfahren wird daher bevorzugt bei ausreichend harten Materialien für das Kontaktierungselement eingesetzt, wie beispielsweise Kupfer oder Nickel oder Legie- rungen, insbesondere Goldlegierungen, mit einer ausreichenden Härte.
Bevorzugt weist das Verfahren einen Schritt (h) auf, der insbesondere nach Schritt (g) des Hauptanspruchs, nämlich dem Aufbringen zumindest eines weiteren elektri- schen Leiterelements mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off- Verfahren, sodass das zumindest eine weitere elektrische Leiterelement elektrisch leitend mit dem zumindest einen Kontaktierungselement verbunden ist, durchgeführt wird. Der Schritt (h) umfasst das Entfernen der Isolierschicht in Bereichen, in denen kein weiteres elektrisches Leiterelement aufgebracht wurde, sodass Lücken ausge- bildet werden.
Sofern eine weitere elektrisch leitende Startschicht auf die Isolierschicht und die Durchkontaktierungselemente aufgebracht wurde, wird diese zunächst in den Berei- chen entfernt, in denen kein weiteres elektrisches Leiterelement aufgebracht wurde. Dies kann auch in demselben Arbeitsschritt geschehen, in dem auch die Isolier- schicht in diesen Bereichen entfernt wird. Mit anderen Worten werden hierdurch da- runterlegende Schichten freigelegt. Die Isolierschicht wird beispielsweise bis zum Er- reichen eines darunterliegenden elektrischen Leiterelements oder aber bis zum Errei- chen des Substrats entfernt.
Unter einer Lücke ist hierbei insbesondere ein materialfreier Raum zu verstehen, der seitlich in zumindest zwei Raumrichtungen parallel zum Substrat durch aufgebrachte Strukturen begrenzt wird. Es kann sich beispielsweise um einen vollständig, das heißt seitlich in alle vier Raumrichtungen parallel zum Substrat umgebenen material- freien Raum handeln. Es kann sich aber auch um einen Kanal handeln, der lediglich zweiseitig begrenzt wird und die Atomfalle von einer Seite des Substrats zu einer an- deren Seite des Substrats parallel zum Substrat durchzieht. Zudem ist es möglich, dass eine solche Lücke einen Kanal ausbildet, der die Atom- falle nicht vollständig durchzieht. Mit anderen Worten wird dieser Kanal dreiseitig von Strukturen umgeben.
Bevorzugt weisen die Lücken ein Aspektverhältnis von zumindest 1 auf. Unter As- pektverhältnis wird die Höhe oder Tiefe eines Objekts im Verhältnis zu seiner kleins ten lateralen Ausdehnung verstanden.
Vorliegend bezieht sich das Aspektverhältnis folglich auf das Verhältnis der räumli- chen Tiefe einer Lücke zu deren kleinster Breite, insbesondere parallel zum Substrat.
Unter Tiefe einer Lücke ist insbesondere ein Abstand senkrecht zu dem Substrat zu verstehen, der von der niedrigsten Kante eines die Lücke seitlich begrenzenden Strukturelementes bis zum insbesondere parallel zu dieser Kante verlaufenden Bo- den der Lücke, der beispielsweise durch ein elektrisches Leiterelement oder das Substrat gebildet wird.
Je größer das Aspektverhältnis ist, je größer also die Tiefe der Lücke im Verhältnis zu ihrer kleinsten Breite ist, desto vorteilhafter ist dies für eine Atomfalle. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, wenn die Lücken so schmal wie möglich sind. Sie weisen daher vorzugsweise ein Aspektverhältnis von zumindest 3, weiter vorzugsweise von zumindest 4, noch weiter vorzugsweise von zumindest 5 auf.
Bevorzugt weist das Verfahren den Schritt: Wiederholen der Schritte (c) bis (g) oder (c) bis (h), sodass eine mehrlagige Atomfalle erhalten wird, auf. Mit anderen Worten ist das Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform der Atomfalle nach Durchführung der Schritte (a) bis (g) oder (a) bis (h) nicht beendet. Vielmehr wird ein Teil der Schritte zumindest einmal wiederholt.
Vorzugsweise werden also weitere Kontaktierungselemente mittels elektrochemi- scher Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren aufgebracht, die elektrisch leitend mit den in Schritt (g) aufgebrachten elektrischen Leiterelementen verbunden sind. Sofern eine Startschicht aufgebracht worden ist und diese nicht zuvor bereits, bei spielsweise zum Erzeugen von Lücken, entfernt wurde, so wird diese nun anschlie- ßend entfernt. Sofern keine Startschicht mehr in Bereichen, in denen kein elektri- sches Leiterelement aufgebracht wurde, vorhanden ist, so muss insbesondere Schritt (d) nicht durchgeführt werden.
Die sich anschließenden Schritte werden analog den bereits dazu getroffenen Aus- sagen durchgeführt.
Vorzugsweise werden die Schritte (c) bis (g) oder (c) bis (h) zumindest einmal, weiter vorzugweise zumindest fünfmal, besonders bevorzugt zumindest zehnmal und weiter besonders bevorzugt zumindest zwanzigmal durchgeführt. Mit anderen Worten ent- steht eine mehrlagige Struktur von Leiterelementen, die über Durchkontaktierungs- elemente in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat miteinander verbunden sind.
Insbesondere in Bereichen, in denen zuvor Lücken ausgebildet wurden, wird kein er- neutes Material aufgetragen. Mit anderen Worten vergrößert sich das Aspektverhält- nis der Lücke mit jeder weiteren aufgebrachten Lage, da die sie umgebenden Struk- turelemente höher werden.
Darunter, dass das Aspektverhältnis vorzugsweise zumindest 1 , besonders bevor- zugt zumindest 3, weiter besonders bevorzugt zumindest 4 und ganz besonders be- vorzugt zumindest 5 beträgt, ist insbesondere das Aspektverhältnis der resultieren- den Lücken, also in der fertigen, vorzugsweise mehrlagigen Atomfalle zu verstehen.
Mit anderen Worten ist es möglich, nicht aber notwendig, dass die genannten As- pektverhältnisse bereits beim Ausbilden der Lücken durch Entfernen von Material er- reicht werden. Es ist vielmehr ausreichend, wenn das geforderte Aspektverhältnis in der fertigen Atomfalle, also beispielsweise nach mehrmaligem Wiederholen der Schritte (c) bis (g) oder (c) bis (h), erreicht wird.
Ein möglichst großes Aspektverhältnis ist vorteilhaft, da möglicherweise störende Substanzen oder Adsorbate nur mit geringerer Wahrscheinlichkeit in diese Lücken eindringen können und sich dort niederschlagen. Durch solche störenden Substan- zen oder Adsorbate ist beispielsweise die Bildung von elektrischen Störfeldern mög- lich, die das Einfangen von Neutralatomen oder Ionen in der Atomfalle erschweren oder sogar verhindern. Ein möglichst großes Aspektverhältnis ist zudem vorteilhaft, weil Dielektrika im unteren Bereich der Lücke Oberflächenladungen tragen können. Diese Oberflächenladungen erzeugen, wenn sie so tief in den Lücken versteckt wer- den, nur geringe elektrische Felder am Ort der gespeicherten Atome und stören diese somit weniger.
Bevorzugt werden die elektrischen Leiterelemente mit einer Schichtdicke von zumin- dest 1 pm aufgebracht und/oder die Isolierschicht und/oder das zumindest eine Kon- taktierungselement werden mit einer Schichtdicke von zumindest 1 pm aufgebracht.
Eine möglichst große Dicke der elektrischen Leiterelemente steht diametral zu den in der Mikrotechnik üblichen Versuchen zur weitergehenden Miniaturisierung. Im Falle von Atomfallen sind jedoch möglichst dicke Leiterelemente von Vorteil, da diese grö- ßere Ströme führen können. Insbesondere zum Fangen von Neutralatomen und für das dafür insbesondere notwendige Magnetfeld sind solche großen Ströme vorteil haft oder sogar notwendig.
Bevorzugt weisen auch die Kontaktierungselemente eine Schichtdicke von zumin- dest 1 pm auf.
Eine solche Schichtdicke von zumindest 1 pm lässt sich beispielsweise mit dem an- sonsten in der Mikrotechnik nachteiligen Verfahren der elektrochemischen Abschei- dung realisieren. Dieses birgt üblicherweise den Nachteil, dass zu dicke und für viele mikrotechnische Anwendungen zu unregelmäßige Elemente erzeugt werden.
Bevorzugt weist auch die Isolierschicht eine Schichtdicke von zumindest 1 pm auf.
Die Dicke der Isolierschicht korrespondiert bevorzugt zu der Schichtdicke der Kontak- tierungselemente. Sie ist bevorzugt gleich groß oder größer. Bevorzugt beträgt die Schichtdicke der elektrischen Leiterelemente und/oder der Kontaktierungselemente und/oder der Isolierschicht mehr als 3 miti, weiter bevorzugt mehr als 5 miti und besonders bevorzugt mehr als 10 miti.
Bevorzugt weisen die Leiterelemente und/oder die Kontaktierungselemente ein As- pektverhältnis von zumindest 1 auf. Mit anderen Worten ist die räumliche Ausdeh- nung in Richtung senkrecht zu dem Substrat zumindest gleich groß zur kleinsten la- teralen Ausdehnung, die insbesondere parallel zu dem Substrat verläuft.
Besonders bevorzugt weisen die Leiterelemente und/oder die Kontaktierungsele- mente ein Aspektverhältnis von zumindest 3, weiter bevorzugt von zumindest 4, wei- ter besonders bevorzugt von zumindest 5 auf.
Bevorzugt weist das Substrat eine Ausnehmung zum Durchleiten eines Atomstrahls auf oder eine solche Ausnehmung wird in das Substrat eingebracht. Bei einer sol- chen Ausnehmung kann es sich beispielsweise um einen Kanal handeln, der das Substrat vollständig von einer Unterseite zu einer Oberseite durchzieht und damit in allen vier Raumrichtungen parallel zum Substrat von diesem umgeben ist. Es ist je- doch auch möglich, dass die Ausnehmung in nur drei Raumrichtungen von dem Sub- strat umgeben wird.
Durch eine solche Ausnehmung kann ein Atomstrahl geleitet werden, aus welchem Atome oder Ionen durch die Atomfalle eingefangen werden. Es kann sich bei dem Atomstrahl erfindungsgemäß ebenso um einen lonenstrahl handeln.
Ein solcher Strahl kann beispielsweise durch punktuelles Erhitzen eines Metalldrah- tes, wie beispielsweise eines Berylliumdrahtes, erzeugt werden. Zudem ist es mög- lich, mittels Photoionisation aus einem Atomstrahl punktuell Ionen zu erzeugen und diese dann zu fangen und zu speichern.
Bevorzugt weist das Substrat zumindest ein Substrat-Durchkontaktierungselement auf oder dieses wird in das Substrat eingebracht. Das Substrat weist eine Oberseite und eine Unterseite auf, wobei das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere an der Oberseite des Substrats durchgeführt wird. Von der Oberseite zur Unterseite des Substrats erstreckt sich vorzugsweise das zumindest eine elektrisch leitfähige Sub- strat-Durchkontaktierungselement.
Auf die Oberseite des Substrats werden die elektrischen Leiterelemente bevorzugt derart aufgebracht, dass sie elektrisch leitend mit diesem zumindest einen Substrat- Durchkontaktierungselement verbunden sind. Auf diese Weise lässt sich die zur Bestromung der elektrischen Leiterelemente notwendige Stromquelle rückseitig an das Substrat anschließen. Der elektrische Strom kann dann über das Substrat- Durchkontaktierungselement in das zumindest eines elektrische Leiterelement einge- leitet werden. Es ist ebenfalls möglich, dass an den elektrischen Leiterelementen le- diglich ein Potential, insbesondere statische Spannungen, anliegt. Mit anderen Wor- ten ist ein Bestromen des zumindest einen elektrischen Leiterelements möglich, nicht aber notwendig.
Eine erfindungsgemäße Atomfalle zeichnet sich dadurch aus, dass sie Leiterele- mente und Kontaktierungselemente aufweist, deren Schichtdicke zumindest 1 pm beträgt. Dies wird insbesondere erst durch die elektrochemische Abscheidung bei der Herstellung möglich. Andere Herstellungsverfahren, wie beispielsweise Sputtern, führen insbesondere zu deutlich geringeren Schichtdicken und sind somit technisch sinnvoll nicht einsetzbar.
Eine hohe Schichtdicke ist vorteilhaft, weil insbesondere Fallen für Neutralatome hohe Ströme führen können müssen, um Feldkonfigurationen mit einer stabilen und sehr großen räumlichen Inhomogenität zur Speicherung der Atome bereitzustellen. Darüber hinaus weisen die Leiterelemente und die Kontaktierungselemente ein As- pektverhältnis von zumindest 1 auf, sodass insbesondere schmale Strukturen ausge- bildet sind. Vorzugsweise weisen auch etwaig ausgebildete Lücken Aspektverhält- nisse von zumindest 1 auf. Hierdurch ist insbesondere gewährleistet, dass auf di- elektrischen Schichten im Wandbereich der Lücken unterhalb von Leiterelementen akkumulierte Ladungen möglichst kleine Störfelder am Ort der Atome hervorrufen.
Die erfindungsgemäße Atomfalle zeichnet sich zudem insbesondere dadurch aus, dass ihr Aufbau besonders einfach skalierbar ist. Mit anderen Worten können insbe- sondere nahezu beliebig viele Lagen, insbesondere zumindest 10 Lagen, ausgebil- det werden, ohne dass sich Unregelmäßigkeiten derart fortpflanzen, dass ein funkti onsfähiger Aufbau nicht mehr gegeben ist.
lm Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Figur 1 den ersten Teil einer Ablaufdarstellung eines erfindungsgemäßen Herstel lungsverfahrens einer Atomfalle,
Figur 2 den zweiten Teil der Ablaufdarstellung des erfindungsgemäßen Herstel- lungsverfahrens,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Atomfalle,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer er- findungsgemäßen Atomfalle, mit einer Ausnehmung zum Durchleiten ei- nes Atomstrahls sowie Substrat-Durchkontaktierungselementen, und
Figur 5 einen Ausschnitt einer schematischen Schnittdarstellung einer erfindungs- gemäßen mehrlagigen Atomfalle.
In den Figuren 1 und 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfah- ren dargestellt.
Die hier metallische Startschicht 2 ist in Fig. 1 bereits auf das Substrat 1 , insbeson- dere vollflächig und mittels Gasphasenabscheidung aufgebracht. Auf diese wird an- schließend Fotolack 3, insbesondere mittels Schleuderbelackung oder Sprühbela- ckung aufgebracht.
Bei dem Fotolack handelt es sich vorzugsweise entweder um Negativlack oder Posi- tivlack. Im Falle von Positivlack wird eine Maske verwendet, die an den Stellen licht- durchlässig ist, an denen die späteren elektrischen Leiterelemente 4 (4.1 , 4.2) ange- ordnet sein sollen. Durch Belichtung wird der Positivlack an den belichteten Stellen flüssig oder lösbar, sodass er in diesen Bereichen entfernt werden kann. In der Folge ist der Fotolack 3 nur noch in den Bereichen angeordnet, in denen keine elektrischen Leiterelemente 4 aufgebracht werden sollen. Er dient insofern als Form oder Schab- lone zum Aufbringen des zumindest einen elektrischen Leiterelements 4. Im Falle des Negativlacks sind die Bereiche der Maske lichtdurchlässig, in denen die späteren elektrischen Leiterelemente 4 nicht aufgebracht werden sollen. In diesen Bereichen härtet der Fotolack 3 unter Belichtung aus. In den nicht belichteten Berei- chen kann er entsprechend entfernt werden und es ergibt sich wiederum eine Form oder Schablone zum Aufbringen des zumindest einen elektrischen Leiterelements 4.
In Figur 1 wurden zwei elektrische Leiterelemente 4.1 und 4.2 aufgebracht. Diese sind räumlich voneinander getrennt und zunächst über die Startschicht 2 elektrisch leitend miteinander verbunden.
Die Startschicht 2 fungiert bei der galvanischen Abscheidung der elektrischen Lei- terelemente 4.1 und 4.2 als Gegenelektrode.
Anschließend wird weiterer Fotolack 3 aufgebracht, der als Form oder Schablone für die Kontaktierungselemente 6 dient. Hierzu kann der zuvor aufgebrachte Fotolack zunächst entfernt werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, den weiteren Fotolack auf den bereits vorhandenen aufzubringen, diesen also vorher nicht zu entfernen.
Anschließend werden die Kontaktierungselemente 6, vorliegend die drei Kontaktie- rungselemente 6.1 bis 6.3, mittels elektrolytischer Abscheidung in den Bereichen auf- gebracht, in denen kein Fotolack 3 vorhanden ist.
Der Fotolack 3 wird anschließend insbesondere vollständig entfernt. Dies kann mit- tels eines geeigneten Lösemittels, wie beispielsweise Aceton, geschehen.
Zudem wird die Startschicht 2 in den Bereichen, in denen keine Leiterelemente 4 auf sie aufgebracht sind, entfernt. Es ist vorzugsweise möglich, die Startschicht 2 und den Fotolack 3 in einem einzelnen Arbeitsschritt zu entfernen.
Die Startschicht 2 kann alternativ bereits vor dem Aufbringen der Kontaktierungsele- mente 6 entfernt werden. Anschließend wird eine Isolierschicht 7 aufgebracht. Diese besteht vorliegend aus ei- nem Polyimid und wird mittels Schleuderbelackung aufgebracht. Vorzugsweise über- deckt die Isolierschicht die zuvor aufgebrachten Strukturen vollständig. Aufgrund der unterschiedlichen Höhen der einzelnen Strukturen gegenüber dem Substrat 1 , weist die Isolierschicht eine Struktur auf, die insbesondere zu den darunterliegenden Struk- turen korrespondiert. Vorzugsweise ist die Höhe der Isolierschicht, also der Abstand zwischen Oberfläche und der darunterliegenden Struktur, nahezu konstant. Dies ist in Fig. 1 als h1 angedeutet. Die absolute Höhe der Isolierschicht über dem Substrat variiert jedoch und führt zu der genannten korrespondierenden Struktur.
Um diese störende Struktur der Isolierschicht zu entfernen wird die Isolierschicht 7 anschließend planarisiert. Sie wird vorzugsweise mittels chemisch-mechanischem Polieren planarisiert, sodass sie anschließend vorzugsweise eine konstante Höhe h2 über dem Substrat 1 aufweist. Es wird folglich Material der Isolierschicht abgetragen.
In der dargestellten Ausführungsform wird die Isolierschicht 7 nur so weit planarisiert, also nur so viel Material abgetragen, dass die Kontaktierungselemente 6.1 bis 6.3 noch von der Isolierschicht 7 überdeckt sind. Die Höhe dieser die Kontaktierungsele- mente 6.1. bis 6.3 überdeckenden Schicht ist insbesondere möglichst gering. Vor- zugsweise beträgt sie weniger als 250 nm.
Anschließend wird erneut Fotolack 3 aufgebracht, der die Bereiche ausspart, unter- halb derer sich die Kontaktierungselemente 6.1. bis 6.3 befinden. In diesen ausge- sparten Bereichen wird die Isolierschicht beispielsweise durch Ätzen oder ein geeig- netes Lösemittel entfernt. Vorzugsweise wird ein Verfahren zur Entfernung einge- setzt, dass die Kontaktierungselemente 6 nicht angreift.
In den von dem Fotolack 3 überdeckten Bereichen der Isolierschicht 7 ist die Höhe weiterhin die, insbesondere konstante, Höhe h2.
Auf die Isolierschicht 7 und die freigelegten Kontaktierungselemente 6.1 bis 6.3 wird anschließend eine weitere elektrisch leitende Startschicht 12 aufgebracht. Auf diese wird erneut Fotolack 3 aufgebracht, der als Form oder Schablone für die weiteren elektrischen Leiterelemente 14.1 und 14.2 dient. Diese werden mittels elekt- rochemischer Abscheidung auf die weitere Startschicht 12 aufgebracht.
Anschließend wird der Fotolack entfernt. Die weitere Startschicht 12 wird zudem in den Bereichen entfernt, in denen kein weiteres elektrisches Leiterelement 14 aufge- bracht ist. Dies erfolgt in zwei separaten Schritten oder vorzugsweise in einem Ar- beitsschritt.
In diesen Bereichen, in denen der Fotolack 3 und die Startschicht 2 entfernt wurden, ist nun die Isolierschicht 7 freigelegt. Diese wird anschließend, beispielsweise durch Ätzen, ebenfalls entfernt, sodass sich Lücken 8 ausbilden. Diese Lücken werden durch die elektrischen Leiterelemente 4 und/oder das Substrat nach unten begrenzt. Vorliegend wird die Lücke 8.1 durch das elektrische Leiterelement 4.1 begrenzt. Die am Rand angedeutete Lücke 8.2. wird hingegen durch das Substrat 1 begrenzt.
Anschließend können weitere Kontaktierungselemente 16 auf die Leiterelemente 14 aufgebracht werden, um eine mehrlagige Atomfalle zu erhalten. Die zuvor skizzierten Verfahrensschritte können dazu mehrfach wiederholt werden.
Es ist zudem möglich, das dargestellte Verfahren lediglich in bestimmten Bereichen des Substrats 1 durchzuführen. Es ist darüber hinaus möglich, das Verfahren in meh- reren unterschiedlichen Bereichen desselben Substrats 1 durchzuführen.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Atomfalle 20. In dieser sind mehrere mehrla- gige und räumlich voneinander getrennte Leiterstrukturen 21 bis 23 schematisch dar- gestellt. Diese wurden entsprechend dem in Figur 1 und 2 skizzierten Verfahren auf das Substrat 1 aufgebracht. Die Leiterstrukturen 21 bis 23 sind untereinander vor- zugsweise nicht leitend verbunden und weisen jeweils einen eigenen elektrischen Anschluss 29 zum Bestromen auf.
Die Leiterstrukturen 21 bis 23 dienen dazu, ein, insbesondere inhomogenes, elektri- sches Feld oberhalb der Atomfalle hervorzurufen. In diesem werden vorliegend Ionen 24.1 bis 24.3 eingefangen und gespeichert. Diese Ionen wurden zuvor mittels Photo- Ionisation aus Neutralatomen erzeugt. Zur Photoionisation wird ein Laserstrahl 25 eingesetzt.
Die mehrlagigen Leiterstrukturen 21. i (mit i = 1 , 2) sind an Gleichspannung ange- schlossen. Die Leiterstrukturen 22.1 und 22.2 sind an Wechselspannung und die Lei- terstrukturen 23.1 und 23.2 an Masse angeschlossen. Es ist jedoch ebenfalls mög- lich, dass die Leiterstrukturen 23 an eine von 0 verschiedene Gleichspannung ange- schlossen sind.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Atomfalle 20 schematisch dargestellt. Diese Atomfalle weist wiederum mehrlagige Leiterstrukturen 21 bis 23 auf, wobei zusätzlich eine Ausnehmung 26 in Form eines Kanals in das Substrat 1 eingebracht wurde. Durch diese Ausnehmung wird ein Atomstrahl 27 ge- leitet.
Der Atomstrahl 27 kann durch Erhitzen eines Metalldrahtes erzeugt werden, bei spielsweise durch punktuelles Erhitzen eines Berylliumdrahtes auf über 1000 K.
Vorliegend werden Atome des Atomstrahls mittels Photoionisation in Ionen 24.1 bis 24.3 überführt, welche in dem elektrischen Feld, das durch die mehrlagigen Lei- terstrukturen 21 bis 23 hervorgerufen wird, gespeichert werden.
Das Substrat weist zudem Substrat-Durchkontaktierungselemente 28 auf, über die die mehrlagigen Leiterstrukturen 21 bis 23 bestromt werden. Vorzugsweise ist jeder mehrlagigen Leiterstruktur 21 bis 23 zumindest ein Substrat-Durchkontaktierungsele- ment 28 zugeordnet. Mittels der Substrat-Durchkontaktierungselemente 28 kann das Bestromen auf besonders einfache Weise von der Rückseite des Substrats 1 aus er- folgen.
Figur 5 zeigt eine exemplarische Schnittdarstellung einer mehrlagigen Atomfalle. Die Schnittdarstellung entspricht der Atomfalle aus dem in den Figuren 1 und 2 darge- stellten Herstellungsverfahren. Auf die zuletzt aufgebrachten Leiterelemente 14.1 und 14.2 wurden weitere Kontaktierungselemente 16.1 und 16.2 mittels elektroche- mischer Abscheidung aufgebracht. Diese sind bevorzugt identisch dimensioniert wie die Kontaktierungselemente 6.1 bis 6.3. In den Bereichen, in denen kein weiteres Kontaktierungselement 16 auf die weiteren elektrischen Leiterelemente 14.1 und 14. 2 aufgebracht wurde, wurde eine weitere Isolierschicht 17 mittels Schleuderbela- ckung aufgebracht. In Figur 5 sind die Kontaktierungselemente freigelegt und es schließt sich eine nicht dargestellte weitere Startschicht an, die auf den weiteren Kontaktierungselementen 16.1 und 16.2 und der weiteren Isolierschicht 17 aufgela- gert ist.
Figur 5 ist zu entnehmen, dass das Aspektverhältnis, also das Verhältnis der Breite zur Höhe der Lücken 8.1 und 8.2 durch das Aufbringen weiterer Lagen zunimmt. So weisen die Lücken 8.1 und 8.2 in Figur 5 eine größere Höhe auf als in Figur 2, was bei gleichbleibender Breite zu einem größeren Aspektverhältnis führt.
Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 Startschicht
3 Fotolack
4 Elektrisches Leiterelement
6 Kontaktierungselement
7 Isolierschicht
8 Lücke
12 Weitere Startschicht
14 Weiteres elektrisches Leiterelement
16 Weiteres Kontaktierungselement
17 Weitere Isolierschicht
20 Atomfalle
21 Mehrlagige Leiterstruktur, an Gleichspannung angeschlossen
22 Mehrlagige Leiterstruktur, an Wechselspannung angeschlossen
23 Mehrlagige Leiterstruktur, an Masse angeschlossen
24 Ion
25 Laserstrahl
26 Ausnehmung
27 Atomstrahl
28 Substrat-Durchkontaktierungselement
29 Elektrischer Anschluss h Höhe

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen einer Atomfalle (20), mit den Schritten:
(a) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Startschicht (2) auf ein Substrat (1 ),
(b) Aufbringen zumindest eines elektrischen Leiterelements (4) auf die Start- schicht (2) mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off- Verfahren,
(c) Aufbringen zumindest eines Kontaktierungselements (6) mittels elektro chemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, sodass das zu mindest eine Kontaktierungselement (6) elektrisch leitend mit dem zumin- dest einen elektrischen Leiterelement (4) verbunden ist,
(d) Entfernen der Startschicht (2) in Bereichen, in denen kein elektrisches Lei- terelement (4) aufgebracht wurde,
(e) Aufbringen einer Isolierschicht (7), die das zumindest eine elektrische Lei terelement (4) und das zumindest eine Kontaktierungselement (6) zumin- dest teilweise überdeckt,
(f) Planarisieren der Isolierschicht (7) und Freilegen des zumindest einen Kontaktierungselements (6), und
(g) Aufbringen zumindest eines weiteren elektrischen Leiterelements (14) mit tels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, so- dass das zumindest eine weitere elektrische Leiterelement (14) elektrisch leitend mit dem zumindest einen Kontaktierungselement (6) verbunden ist.
2. Verfahren zum Herstellen einer Atomfalle (20), mit den Schritten:
(a) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Startschicht (2) auf ein Substrat (1 ),
(b) Aufbringen zumindest eines elektrischen Leiterelements (4) auf die Start- schicht (2) mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off- Verfahren,
(c) Entfernen der Startschicht (2) in Bereichen, in denen kein elektrisches Lei- terelement (4) aufgebracht wurde,
(d) Aufbringen einer Isolierschicht (7), die das zumindest eine elektrische Lei terelement (4) zumindest teilweise, insbesondere vollständig überdeckt,
(e) Entfernen der Isolierschicht (7) in vorbestimmten Bereichen oberhalb des zumindest einen elektrischen Leiterelements (4), sodass das zumindest eine elektrische Leiterelement (4) teilweise freigelegt wird,
(f) Aufbringen von Kontaktierungselementen (6) mittels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren in den Bereichen, in denen das zumindest einen elektrische Leiterelement (4) freigelegt ist, und
(g) Aufbringen zumindest eines weiteren elektrischen Leiterelements (14) mit tels elektrochemischer Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren, so- dass das zumindest eine weitere elektrische Leiterelement (14) elektrisch leitend mit dem zumindest einen Kontaktierungselement (6) verbunden ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterelemente (4) und/oder die Kontaktierungselemente (6) aus Gold oder Kupfer, oder einer gold- und/oder kupferhaltigen Legierung be stehen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch den Schritt:
Freilegen des zumindest einen Kontaktierungselements (6) durch das Planari- sieren der Isolierschicht (7) in Schritt (f).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt:
(h) Entfernen der Isolierschicht (7) in Bereichen, in denen kein weiteres elekt risches Leiterelement (14) aufgebracht wurde, sodass Lücken (8) ausge- bildet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lücken (8) ein Aspektverhältnis von zumindest 1 aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt:
Wiederholen der Schritte (c) bis (g) oder (c) bis (h), sodass eine mehrlagige Atomfalle (20) erhalten wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterelemente (4, 14) mit einer Schichtdicke von zu mindest 1 pm aufgebracht werden und/oder die Isolierschicht (7) und oder das zumindest eine Kontaktierungselement (6) mit einer Schichtdicke von zumin- dest 1 pm aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (4, 14) und/oder die Kontaktierungselemente (6, 16) mit einem Aspektverhältnis von zumindest 1 aufgebracht werden.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1 ) eine Ausnehmung (26) zum Durchleiten eines Atom- strahls (27) aufweist oder eine solche Ausnehmung (26) in das Substrat (1 ) ein gebracht wird.
1 1 . Atomfalle (20), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprü che 1 bis 9, wobei die Atomfalle zumindest ein durch elektrochemische Ab- scheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren aufgebrachtes elektrisches Leiterele- ment (4, 14) und zumindest ein durch elektrochemische Abscheidung und/oder im Lift-Off-Verfahren aufgebrachtes Kontaktierungselement (6) aufweist und das zumindest eine elektrische Leiterelement und das zumindest eine Kontak- tierungselement eine Schichtdicke von zumindest 1 pm und ein Aspektverhält- nis von zumindest 1 aufweisen.
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