„Was haben das Herz und das Hirn eines Menschen, unterirdische Bodenschätze und Stahlbetonbewehrungen von Brücken und anderen Bauwerken gemeinsam?” Diese Frage können die Wissenschaftler der Abteilung Kryoelektronik des Forschungsbereiches Magnetik/Kryoelektronik des Jenaer Instituts für Physikalische Hochtechnologie e. V. (IPHT) leicht beantworten, denn hier ist man auf die Erarbeitung von anwendungsorientierten und innovativen Systemlösungen physikalischer Hochtechnologien speziell ausgerichtet. Auf der Basis moderner Mikro- und Nanostrukturtechnik, spezifischer Dünnschichttechnologien und der damit verbundenen Material- und Verfahrensentwicklung werden unter anderem Themen zu supraleitenden und magnetischen Materialien und Strukturen bearbeitet.

„Bei allen drei Anwendungsfeldern können durch den Einsatz höchstempfindlicher Magnetfeldsensoren die vorhandenen Magnetfelder gemessen werden.” lautet schließlich die Antwort auf die Frage nach der Gemeinsamkeit: Mit Hilfe der am IPHT entwickelten innovativen Anwendungen höchstempfindlicher Magnetfeldsensoren werden in der Medizintechnik Magnetokardiogramme (MKG) und Magnetoenzephalogrammen (MEG) als magnetisches Pendant zu den entsprechenden elektrischen Methoden Elektrokardiogramm (EKG) und Elektroenzephalogramm (EEG) aufgenommen, die Lagerstättenerkundung mittels geomagnetischer Prospektion verbessert und Ermüdungen in der Stahlbetonbewehrung von Bauwerken frühzeitig und zerstörungsfrei detektiert. Einer der großen Vorteil dieser magnetischen Methoden liegt im Wegfall der großenteils sehr aufwendigen elektrischen Kontaktierung, was im medizinischen Bereich beispielsweise völlig neue Anwendungsbereiche wie die Aufnahme fötaler Magnetokardiogramme erschließt.

Ermöglicht wird der Einsatz solch hochkomplexer Messmethoden außerhalb teurer magnetischer Schirmungen, die alle Störungen unserer zivilisierten Umwelt weitestgehend eliminieren, durch die Verwendung bestimmter Sensoren, sogenannter SQUIDs (Supraleitende Quanteninterferenz-Detektoren). SQUIDs sind die empfindlichsten bekannten Magnetfeldsensoren. Sie arbeiten bei ca. -200 °C, der Temperatur des flüssigen Stickstoffs oder Heliums. Zur Erzielung der ultimativen Empfindlichkeit ist die Kombination der SQUIDs mit einer Halbleiterelektronik erforderlich, die extrem rauscharm ist sowie eine große Dynamik und Schnelligkeit aufweisen muss.

Das IPHT hat eine solche SQUID-Elektronik entwickelt, die es gestattet, unter Verwendung kommerzieller Halbleiterchips die gesamte Schaltung zu integrieren. Die Realisierung dieser Elektronik erforderte jedoch die hybride Integration von Halbleiter-Nacktchips mit hochpräzisen Widerständen, ein Produktionsvorgang, der spezielles Know-how und Ausrüstung erfordert.

Um einen derartigen Hersteller zu identifizieren, suchten Forscher des IPHT im Internet nach geeigneten Einrichtungen. Bei ihrer Recherche stießen sie auch auf das Technologietransfer-Portal www.techtrans.de und wurden dort fündig. Im April 2001 erreichte MST Aerospace die Bitte um entsprechende Unterstützung, woraufhin der Kontakt zu der Oberdischingen Firma LEWICKI microelectronic GmbH hergestellt wurde.

Das Unternehmen, welches im Rahmen von Weltraumprojekten spezielle Verfahren entwickelt hat, um hochkomplexe Elektronikschaltkreise zu miniaturisieren und gleichzeitig die einzusetzenden Sensorchips hochgenau zu positionieren, entwickelte für die MARS-96 Mission eine Weitwinkelkamera sowie eine hochauflösende Stereo-Kamera, bei der die gesamte Kamerakopfelektronik mit über 8.000 aktiven und passiven elektronischen Bauelementen in Dickschichttechnologie realisiert wurde.

Die 1967 als Spezialist für Hybrid-Schaltkreise gegründete LEWICKI microelectronic GmbH besitzt heute eine über 30-jährige Erfahrung in der Lösung ähnlicher Problemstellungen sowie in der Fertigung von komplexen Schaltungen in der High-reliability Hybridtechnik und war in der Lage, die Spezifikationen des IPHT bei der hybriden Integration der SQUID-Sensoren und der erforderlichen Elektronik zu erfüllen.

So verrichtet die erste Charge der integrierten Chips bereits ihren Dienst beim IPHT, deren Forscher sicher sind, dass die Raumfahrttechnologie die Einsetzbarkeit der hochsensitiven SQUIDs in Anwesenheit großer magnetischer Störungen weiter verbessern wird.