Die richtige Temperatur für Quantenchips erzielen
Beim Bau von Quantenchips reicht es nicht aus, wenn die Temperatur einfach „nahe genug“ ist. Der Aufbau herkömmlicher Elektronikgeräte ist im Vergleich dazu ein Kinderspiel. Bei Quantenchips ist eine nahezu perfekte Temperaturstabilität erforderlich.
Um das zu erreichen, nutzen wir digitale Temperaturregler in Kombination mit Infrarotleuchten hoher Intensität. So können wir die Lücke zwischen der groben Heizungsmethode und der präzisen Temperaturregulierung schließen, die die Qubits benötigen.
Warum PID-Regler wichtig sind
Wenn man einen einfachen Ein-/Ausschalter verwendet, riskiert man Probleme. Es entstehen Temperaturspitzen, die innerhalb von Sekunden dazu führen können, dass die Wafer beschädigt werden. Schon ein minimaler Temperaturunterschied kann alles kaputt machen.
Deshalb verwenden wir PID-Regler. Anstatt den Strom einfach einzuschalten oder auszuschalten, regulieren sie die Energiezufuhr. So kann man die Temperatur schnell erhöhen – und anschließend bei diesem Wert halten. Keine Schwankungen, keine Oszillationen. Nur eine konstante, zuverlässige Wärmequelle.
Die Vorteile von Kurzwellen-Infrarotlicht
Wir verwenden Kurzwellen-Infrarotleuchten aus einem bestimmten Grund: Sie dringen tatsächlich in das Material ein. Langwelliges Licht hingegen wird einfach reflektiert.
Diese Leuchten ermöglichen es uns, die Energie auf einen kleinen Bereich zu konzentrieren. So kann man das Chipsubstrat selbst erwärmen, ohne dass die gesamte Halterung zum Ofen wird. Dadurch bleibt alles stabil und verhindert, dass sich die restlichen Komponenten ausdehnen oder verschieben.
Die Nachteile
Hohe Wärmestärke hat ihren Preis. Wenn man diese Leuchten auf volle Leistung stellt, erzeugen sie eine enorme Menge an Strahlungswärme. Wenn man nicht vorsichtig ist, gelangt diese Wärme direkt zu den Sensoren.
Man muss daher gut auf die Abschirmung sowie die Kühlventilatoren achten. Wenn die Kühlung unzureichend ist, beginnt der Thermoelemente falsche Werte anzuzeigen – anstelle der tatsächlichen Temperatur des Werkstücks. Dann kämpft der PID-Regler gegen die Umgebungstemperatur – und schon sind die Leuchten kaputt.
Die Einrichtung
Was die Verkabelung angeht, sollte man es einfach und mit niedrigem Widerstand halten. Man möchte schließlich nicht, dass Spannungsabfälle die Präzision beeinträchtigen.
Ich empfehle immer kabel mit hoher Schutzfunktion. Der digitale Regler kann nämlich störende elektromagnetische Felder erzeugen – und das Letzte, was man will, ist, dass diese Störungen in die empfindlichen Messgeräte eindringen.
Es handelt sich dabei um eine hervorragende Alternative zu den klassischen Trockenöfen. Man wechselt von konvektiver Wärme zu Strahlungswärme – dadurch werden die Bearbeitungszeiten erheblich verkürzt. Einfach schneller.