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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung mit einem Kristallkörper, insbesondere einem Diamanten, mit einer Anzahl von Farbzentren, insbesondere von Stickstoff-Fehlstellen , einer Lichtquelle zum Bestrahlen des Kristallkörpers mit Anregungslicht, einer Hochfrequenzeinrichtung zum Bestrahlen des Kristallkörpers mit Mikrowellen, und einem oder mehreren Photodetektoren, die eingerichtet sind zum Detektieren von Fluoreszenzlicht, welches aufgrund der Bestrahlung des Kristallkörpers durch das Licht und die Mikrowellen erzeugt wird, und ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegelanordnung für eine Sensoreinrichtung.
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Stand der Technik
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Farbzentren, wie etwa Stickstoff-Fehlstellen-Zentren in einem Kristallkörper, insbesondere einem Diamantgitter, auch als NV-Zentren (NV steht hierbei für „Nitrogen Vacancy“) bezeichnet, können beispielsweise auf dem Gebiet der Sensorik angewandt werden. Durch Anregung derartiger NV-Zentren mit sichtbarem Licht im Grün-Bereich und Mikrowellenstrahlung kann eine magnetfeldabhängige Fluoreszenz beobachtet werden. Diese Fluoreszenz wird mittels einer Sensoreinrichtung erfasst und ausgewertet. Als weiteres Beispiel derartiger Farbzentren sei auf Defektzentren in SiC, aber auch auf SiV in Diamant, verwiesen.
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Das negativ geladene NV-Zentrum in Diamant kann insbesondere zur hochempfindlichen Messung von Magnetfeldern, elektrischen Feldern, mechanischen Spannungen und Temperaturen genutzt werden. Derartige Quantentechnologien bieten gegenüber klassischen Sensorprinzipien entscheidende Vorteile, die das disruptive Potential der Quantentechnologie unterstreichen. Bei den NV Zentren bestehen konkret folgende Vorteile: (i) ultrahohe Empfindlichkeiten, (ii) Vektormagnetometrie (Richtungsbestimmung des Magnetfelds), (iii) hoher dynamischer Messbereich (> 1 Tesla), (iv) Linearität (Zeeman-Effekt), (v) keine Degradation, da die Messung auf quantenmechanischen Zuständen beruht. Um einen auf NV Zentren basierten Sensor auszulesen, wird die magnetische Resonanz des Spin-Triplets des Grundzustands optisch detektiert (ODMR, optically detected magnetic resonance). Dazu rot-verschobenes Fluoreszenzlicht zeigt dabei einen charakteristischen Dip bei der energetischen Lage der Elektronenspinresonanz. Die Lage ist auf Grund des Zeeman-Effekts linear abhängig vom magnetischen Feld. Damit lässt sich ein hochempfindlicher Magnetfeldsensor konstruieren.
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NV-Zentren in Diamant besitzen eine derart hohe Magnetfeldempfindlichkeit, dass dies dazu genutzt werden kann um vielfältige bestehende Produkte zu verbessern (z.B. Suchgeräte für elektrische Leitungen in Wänden oder Strommessung von Fahrzeugbatterien) oder auch um neue Produkte zu realisieren, wie zum Beispiel eine kontaktlose Mensch-Maschine-Schnittstelle, die Ströme bzw. Steuersignale aus dem Gehirn nachweist und auswertet.
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Als besonders vorteilhaft hat sich die Messung von Magnetfeldern über eine kombinierte Anregung derartiger Farbzentren mit sichtbarem Licht und Mikrowellen erwiesen. Insbesondere die hier eingesetzte Anregung mit sichtbarem Licht führt allerdings zu relativ komplexen und groß bauenden Sensoreinrichtungen.
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Die
DE 37 42 878 A1 beschreibt beispielsweise einen optischen Magnetfeldsensor, in dem ein Kristall als magnetempfindliches optisches Bauteil verwendet wird. Da nur ein Teil des sichtbaren Anregungslichtes an den Farbzentren absorbiert wird, ist die Effizienz derartiger Sensoreinrichtungen und damit ihre Genauigkeit nicht optimal. Es sind hohe Anregungslichtintensitäten notwendig, um einen hinreichend genauen Sensor zu erhalten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung des Anteils des absorbierten Anregungslichtes und damit eine Verbesserung der Energieeffizienz und eine Energieeinsparung bei der Anregungslichterzeugung.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden eine Sensoreinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegelanordnung für eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß weist eine Sensoreinrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wenigstens ein Spiegelsystem auf, wobei die Lichtquelle derart angeordnet ist, dass das Anregungslicht in den Kristallkörper eingekoppelt wird und aus dem Kristallkörper wieder transmittiert wird, wobei das wenigstens eine Spiegelsystem derart ausgebildet und angeordnet ist, dass nach einem ersten Durchlauf durch den Kristallkörper transmittiertes Anregungslicht derart reflektiert wird, das es wieder in den Kristallkörper eingekoppelt wird, wobei jedes der Spiegelsysteme einen oder mehrere Spiegel aufweist.
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Ein bevorzugt kollimierter Lichtstrahl des Anregungslichtes, der insbesondere als Laserstrahl ausgebildet ist, wird zunächst auf eine erste Facette des Kristallkörpers gerichtet. Im Gegensatz zu bisher bekannten Ansätzen wird der durch den transparenten Kristallkörper transmittierte Lichtstrahl des Anregungslichtes, nachdem er den Kristallkörper passiert hat und aus diesem wieder ausgetreten ist, erneut zur Anregung des Kristallkörpers genutzt. Dies geschieht, indem er außerhalb des Kristallkörpers innerhalb der Sensoreinrichtung mit Hilfe von wenigstens einem Spiegelsystem erneut auf den Kristallkörper gelenkt wird. Auf diese Weise kann das Anregungslicht den Diamanten zwar aus einem anderen Winkel, aber in vorzugsweise exakt dem gleichen Volumen bzw. der gleichen Stelle anregen, das bzw. die bereits bei dem ersten Durchgang angeregt wurde.
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Bevorzugt passiert das Anregungslicht bei mehreren, insbesondere sämtlichen Durchläufen durch den Kristallkörper zumindest teilweise dasselbe Kristallkörpervolumen. Dies ist vorteilhaft, da die Sensitivität für Magnetfelder in einem einzelnen NV-Zentrum von der Lichtintensität an der Stelle des NV-Zentrums abhängt. Würde das Licht gleichmäßig über den Kristallkörper verteilt, würden zwar viele NV-Zentren erreicht, aber jedes für sich genommen hätte eine geringe Empfindlichkeit. Daher ist es vorteilhaft, mit dem verfügbaren Anregungslicht, das ein bestimmtes Strahlprofil besitzt, immer die gleiche Region im Kristall zu treffen
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung mehr als ein Spiegelsystem auf, wobei die Spiegelsysteme derart angeordnet und ausgebildet sind, dass von dem Kristallkörper transmittiertes Anregungslicht nacheinander jeweils auf eins der Spiegelsysteme trifft, von diesem derart reflektiert wird, dass es wieder in den Kristallkörper eingekoppelt wird, wieder aus diesem Kristallkörper transmittiert wird, danach auf ein nächstes der Spiegelsysteme trifft und von diesem wieder derart reflektiert wird, dass es wieder in den Kristallkörper eingekoppelt wird, bis das Anregungslicht sämtliche der Spiegelsysteme passiert hat und wieder in den Kristallkörper eingekoppelt wird.
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Die Anzahl der Durchgänge des Anregungslichtes durch den Kristallkörper kann durch eine entsprechende Zahl an Spiegelsystemen beliebig oft wiederholt und erweitert werden. Je öfter das Anregungslicht den Kristallkörper passiert, desto größer wird der Anteil des absorbierten Anregungslichtes und desto größer ist auch die Energieeffizienz. Jedoch nimmt der Zuwachs an Effizienz mit der Anzahl der Spiegelsysteme ab, da das Anregungslicht durch die fortlaufende Absorption mit jedem Durchgang schwächer wird. So ist eine vorteilhafte Anzahl zwischen zwei und zehn Spiegelsystemen, eine noch vorteilhaftere Anzahl zwischen drei und sechs Spiegelsystemen.
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Bevorzugt ist eines der Spiegelsysteme, das als letztes von dem Anregungslicht passiert wird, derart ausgebildet und angeordnet, dass das Anregungslicht im 180°-Winkel von diesem zurückreflektiert wird und in umgekehrter Reihenfolge sämtliche anderen der Spiegelsysteme erneut passiert. Ein Hinweg des Anregungslichtes entspricht demzufolge einem Rückweg des Anregungslichtes. Das Anregungslicht verlässt den Kristallkörper auf dem Rückweg bei dem letzten Durchgang umgekehrt parallel zu einem Eingangsstrahl des Anregungslichtes von der Lichtquelle.
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Sämtliche der Spiegelsysteme sind hierbei bevorzugt derart angeordnet, dass das Anregungslicht sich von der Lichtquelle bis zu einem letzten Durchgang durch den Kristallkörper auf seiner gesamten Weglänge in einer Anregungslichtebene fortsetzt. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise senkrecht zu der Anregungslichtebene bezüglich des Kristallkörpers Platz für wenigstens einen Photodetektor ist. So ist vorteilhaft wenigstens ein Photodetektor senkrecht zu der Anregungslichtebene bezüglich des Kristallkörpers angeordnet. Da sich das Fluoreszenzlicht von dem Kristallkörper annähernd isotrop in sämtliche Richtungen ausbreitet, lässt sich durch eine solche Anordnung ein großer Teil des Anregungslichtes detektieren, ohne den Anregungslichtstrahl zu blockieren. Insbesondere weist der wenigstens eine Photodetektor eine Detektionsfläche parallel zu der Anregungsebene auf. Dies ist aber nicht beschränkend zu verstehen.
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Insbesondere ist wenigstens einer der Spiegel als holografischer Spiegel ausgebildet. Ein holografischer Spiegel weist holografische Schichten auf. Dies sind periodische Strukturen, die kohärentes Licht ablenken können. Solche holografischen Strukturen haben den Vorteil, dass sie planar implementiert werden können und gleichzeitig den Strahl in eine gewünschte Richtung ablenken können.
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Auch ist denkbar, dass wenigstens ein Spiegel durch eine metallische Schicht realisiert ist. Metallische Schichten sind vergleichsweise günstig und einfach zu realisieren.
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Andererseits kann wenigstens ein Spiegel durch eine dielektrische Schichtfolge realisiert sein. Eine dielektrische Schichtfolge hat sehr gute Reflexionseigenschaften.
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Auch eine synergetische Kombination aus metallischen oder dielektrischen Spiegeln und holografischen Strukturen zur Strahlführung ist denkbar. Der Vorteil dieser Kombination besteht darin, dass nur ein fester Winkel für einen klassischen Spiegel gewählt werden muss, was beispielsweise durch nasschemisches KOH-Ätzen von Silizium erzeugt werden kann. Gleichzeitig können die holografischen Strukturen dazu genutzt werden, um für jeden Strahlendurchgang einen beliebigen Reflexionswinkel einzustellen. Zusätzlich kann eine refokussierende bzw. rekollimierende Wirkung durch die holografischen Elemente erzeugt werden. Somit würden sich aufwendige Geometrien, die z.B. mikromechanisch strukturiert werden müssen, um verschiedene Ablenkungswinkel einzustellen, vermeiden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens einer der Spiegel als aktuierbarer Mikrospiegel ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, dadurch eine nachträgliche Justierung und Fokussierung des Laserstrahls auf den Kristallkörper ermöglicht wird. Somit können nachträgliche Einflüsse von z.B. thermischer Ausdehnung bei Temperaturschwankungen ausgeglichen werden.
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Bevorzugt ist wenigstens einer der Spiegel, bevorzugt alle Spiegel, durch lithografisch definierte Strukturen und anschließend tiefes reaktives lonenätzen in eine Silizium-Kaverne strukturiert, in die der Kristallkörper eingepasst ist. Dies ermöglicht eine miniaturisierte Umsetzung. Insbesondere sind geätzte Oberflächen beschichtet, bevorzugt metallisch oder dielektrisch beschichtet, ausgebildet, was zur Verbesserung der Lichtreflexion dient.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind sämtliche Spiegel und der Kristallkörper durch eine transparente Kappe bzw. Abdeckung geschützt, durch die das Anregungslicht von der Lichtquelle einkoppelbar ist. Diese kann durch Bonden, z.B. anodisches Bonden, auf eine Halterung der Spiegel aufgebracht werden. Dabei ist die Lichtquelle bevorzugt derart angeordnet, dass das Anregungslicht senkrecht durch die transparente Kappe geführt wird. Insbesondere wird das Anregungslicht durch einen weiteren Spiegel abgelenkt, bevor es auf den Kristallkörper trifft. Durch die transparente Kappe können die Spiegel der Spiegelsysteme dauerhaft vor äußeren Einflüssen wie Staub oder Oxidation geschützt werden.
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Bevorzugt passiert das Anregungslicht nach wenigstens einem, bevorzugt nach jedem Austritt aus dem Kristallkörper ein gasförmiges Medium, das bevorzugt Umgebungsluft oder ein Schutzgas ist. Auf diese Weise ist es möglich, Spiegelflächen in unterschiedlichen Winkeln zu der Kristallkörperoberfläche anzuordnen.
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Weiterhin ermöglicht ein Schutzgas einen Schutz des Kristallkörpers und der Spiegelflächen vor Oxidation.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegelanordnung für eine Sensoreinrichtung vorgeschlagen, das, die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines Si-Substrats;
- - Aufbringen eines Photoresistfilms;
- - Lithografische Strukturierung des Photoresistfilms;
- - Unter Ätzen Ausbildung einer Struktur einer Kaverne mit Spiegelflächen;
- - Unter Ätzen Ausbildung einer podestartigen Aufnahme für einen Kristallkörper;
- - Platzieren und Aufkleben des Kristallkörpers.
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Dieses Verfahren ermöglicht die einfache Herstellung einer miniaturisierten Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Außerdem entfällt das aufwändige Justieren der Spiegelsysteme, da bei diesem Verfahren die Winkel bei richtigem Ätzen direkt vorgegeben werden, so dass ein Justieren nicht erforderlich ist.
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Bevorzugt umfasst das Verfahren weiter das Aufbringen einer spiegelnden Beschichtung. Dies kann durch Sputtern oder Atomic Layer Deposition von Metall oder durch die CVD- oder ALD-Abscheidung dielektrischer Schichten erfolgen. Dadurch werden die Reflexionseigenschaften der Spiegeloberflächen verbessert.
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Es ist außerdem denkbar, dass als spiegelnde Beschichtung holografische Strukturen abgeschieden werden. Dies hat den Vorteil, dass keine schrägen und/oder glatten Reflexionsflächen notwendig sind. Da die Reflexionsebene von holografischen Strukturen nicht notwendig parallel zur Reflexionsfläche ist, kann durch entsprechende Strukturen eine Vielzahl von Reflexionswinkeln eingestellt werden.
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Bevorzugt wird bei der Ausbildung der Struktur durch anisotropes nasschemisches Ätzen wenigstens eine schräge Facette ausgebildet. Dies ist eine weitere Möglichkeit, einen Reflexionswinkel einzustellen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
- 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
- 3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
- 4-11 zeigen ein Siliziumsubstrat jeweils nach der Durchführung einzelner Schritte einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spiegelanordnung für eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
- 12-15 zeigen ein Siliziumsubstrat jeweils nach der Durchführung einzelner Schritte einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spiegelanordnung für eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
- 16 zeigt eine Spiegelanordnung für eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
- 17 zeigt eine Spiegelanordnung für eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung;
- 18 zeigt eine Spiegelanordnung für noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Sensoreinrichtung 100 weist einen Kristallkörper 1, insbesondere einen Diamanten, mit einer Anzahl von Farbzentren, insbesondere von Stickstoff-Fehlstellen auf, sowie eine Lichtquelle 3 zum Bestrahlen des Kristallkörpers 1 mit Anregungslicht 20, eine Hochfrequenzeinrichtung 7 zum Bestrahlen des Kristallkörpers mit Mikrowellen und einen oder mehrere Photodetektoren, die eingerichtet sind zum Detektieren von Fluoreszenzlicht, welches aufgrund der Bestrahlung des Kristallkörpers durch das Anregungslicht 20 und die Mikrowellen erzeugt wird. Die Photodetektoren sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 1 nicht dargestellt.
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Die Sensoreinrichtung weist weiterhin mehrere Spiegelsysteme 2 auf, wobei die Lichtquelle 3 derart angeordnet ist, dass das Anregungslicht 20 in den Kristallkörper 1 eingekoppelt wird und aus dem Kristallkörper wieder transmittiert wird.
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Die Spiegelsysteme 2 sind hierbei derart angeordnet und ausgebildet, dass von dem Kristallkörper 1 transmittiertes Anregungslicht 20 nacheinander jeweils auf eines der Spiegelsysteme 2 trifft, von diesem derart reflektiert wird, dass es wieder in den Kristallkörper 1 eingekoppelt wird, wieder aus diesem Kristallkörper 1 transmittiert wird, danach auf ein nächstes der Spiegelsysteme 2 trifft und von diesem wieder derart reflektiert wird, dass es wieder in den Kristallkörper 1 eingekoppelt wird.
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Das erste Spiegelsystem 2 weist in dieser Ausführungsform zwei Spiegel 2a und 2b auf, die nach der ersten Transmission des Anregungslichts aus dem Kristallkörper 1 nacheinander passiert werden, bevor das Anregungslicht wieder in den Kristallkörper 1 eingekoppelt wird. Das zweite Spiegelsystem 2 weist in dieser Ausführungsform einen Spiegel 2c auf.
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Das zweite Spiegelsystem wird als letztes von dem Anregungslicht 20 passiert. Es ist derart ausgebildet und angeordnet, dass das Anregungslicht 20 im 180°-Winkel von dessen Spiegel 2c zurückreflektiert wird und in umgekehrter Reihenfolge sämtliche anderen der Spiegelsysteme erneut passiert. Das zurücklaufende Anregungslicht ist in dieser Ausführungsform mit 20' bezeichnet. Ein Hinweg des Anregungslichtes 20 durch den Kristallkörper 1 entspricht demzufolge einem Rückweg des Anregungslichtes 20'. Das Anregungslicht 20' verlässt den Kristallkörper auf dem Rückweg bei dem letzten Durchgang umgekehrt parallel zu einem Eingangsstrahl des Anregungslichtes 20 von der Lichtquelle 3. Auf diese Weise werden mit dieser Anordnung vier Durchgänge des Anregungslichts 20, 20' durch den Kristallkörper 1 erzielt. Sämtliche der Spiegelsysteme sind derart angeordnet, dass das Anregungslicht 20 sich von der Lichtquelle 3 bis zu einem letzten Durchgang durch den Kristallkörper 1 auf seiner gesamten Weglänge in einer Anregungslichtebene fortsetzt, welche in der dargestellten Figur der Zeichenebene entspricht. So ist vorteilhaft wenigstens ein nicht dargestellter Photodetektor senkrecht zu der Anregungslichtebene bezüglich des Kristallkörpers 1 angeordnet, so dass er den Strahlengang des Anregungslichtes 20 nicht blockiert.
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Die Spiegel 2a, 2b, 2c sind in dieser Ausführungsform bevorzugt durch lithografisch definierte Strukturen und anschließend tiefes reaktives lonenätzen in eine Silizium-Kaverne 60 strukturiert, in die der Kristallkörper 1 eingepasst ist. Bei jedem Austritt aus dem Kristallkörper findet ein Durchgang des Anregungslichtes durch Luft oder ein Schutzgas statt.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche Elemente wie in 1 und werden nicht erneut beschrieben. 2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass drei Spiegelsysteme 2 vorgesehen sind, die anders ausgebildet und angeordnet sind als in 1. Ein erstes Spiegelsystem 2 weist gemäß dieser Ausführungsform die Spiegel 2d und 2e auf. Ein zweites Spiegelsystem weist die Spiegel 2f und 2g auf. Ein drittes Spiegelsystem weist den Spiegel 2h auf. Das dritte Spiegelsystem wird als letztes von dem Anregungslicht 20 passiert. Es ist derart ausgebildet und angeordnet, dass das Anregungslicht 20 im 180°-Winkel von diesem zurückreflektiert wird und in umgekehrter Reihenfolge sämtliche anderen der Spiegelsysteme 2 erneut passiert. Auf diese Weise werden sechs Durchgänge des Anregungslichtes 20, 20' durch den Kristallkörper realisiert.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Die dritte Ausführungsform weist drei Spiegelsysteme auf. Das erste Spiegelsystem umfasst Spiegel 2i und 2k, die nach dem ersten Durchgang des Anregungslichtes 20 durch den Kristallkörper 1 nacheinander passiert werden, bevor das Anregungslicht erneut in den Kristallkörper 1 eingekoppelt wird. Das zweite Spiegelsystem 2 weist die Spiegel 2l und 2m auf. Das dritte Spiegelsystem weist die Spiegel 2n und 2k auf. Dabei gehört der Spiegel 2k sowohl zum ersten Spiegelsystem 2 als auch zum dritten Spiegelsystem 2. Im Gegensatz zu der ersten und zweiten Ausführungsform findet keine 180°-Spiegelung statt. Das Anregungslicht 20 wird nach dem vierten Durchgang durch den Kristallkörper 20 nicht erneut reflektiert. Ein weiterer Unterschied zu der ersten und zweiten Ausführungsform ist, dass die dritte Ausführungsform holografische Spiegel 2a, 2c, 2e aufweist. Wie in der Figur sichtbar ist, kann durch gezielte Beschichtungen erreicht werden, dass ein Ausfallswinkel jeweils der holografischen Spiegel 2a, 2c, 2e nicht gleich dem Einfallswinkel ist. Durch die Wahl der Beschichtung kann ein beliebiger Reflexionswinkel eingestellt werden. Dies vereinfacht die Herstellung der Spiegelanordnung, da für die Ausbildung der holografischen Spiegel 2a, 2c, 2e keine schrägen Reflexionsflächen bezüglich des Subtrates bzw. der Kaverne 60 notwendig sind.
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Gemäß den 4-11 wird nun eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spiegelanordnung für eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung erläutert. In 4 ist ein bereitgestelltes Siliziumsubstrat 4 dargestellt. Darauf wird in einem Verfahrensschritt ein Photoresistfilm aufgebracht. 5 zeigt das bereitgestellte Siliziumsubstrat 4 nach Aufbringung des Photoresistfilms 5. Dieser Photoresistfilm wird in einem nächsten Verfahrensschritt lithografisch, insbesondere photolithografisch strukturiert. 6 zeigt Abschnitte 5a, 5b des Photoresistfilms auf dem Siliziumsubstrat 4 nach der lithografischen Strukturierung.
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Durch einen ersten Ätzvorgang wird eine Struktur in dem Siliziumsubstrat ausgebildet. 7 zeigt das Siliziumsubstrat nach dem ersten Ätzvorgang, wobei es nun mit 4a bezeichnet ist.
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Auf dieses Siliziumsubstrat 4a wird ein weiterer Photoresistfilm aufgebracht, wobei dieser weitere Photoresistfilm auch noch vorhandene Abschnitte 5a, 5b des ersten Photoresistfilms 5 bedecken kann. Auch dieser wird durch Belichtung strukturiert. Danach wird ein zweiter Ätzvorgang durchgeführt, wodurch eine podestartige Aufnahme 6 für einen Kristallkörper 1 entsteht. 8 zeigt das Siliziumsubstrat 4c mit der podestartigen Aufnahme 6 und den Abschnitten 8a, 8b, 8c, 5b des Photoresistfilms. Man erkennt, dass hierbei der Abschnitt 8c den Abschnitt 5b überdeckt.
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Nach Entfernung der verbleibenden Photoresistfilmabschnitte 8a, 8b, 8c, 5b wird in einem weiteren Verfahrensschritt auf das Siliziumsubstrat 4c eine Spiegelschicht 9 aufgebracht. Dies ist in 9 sichtbar. Danach wird ein Kristallkörper 1 auf der podestartigen Aufnahme 6 platziert und aufgeklebt, was in 10 dargestellt ist.
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In weiteren Verfahrensschritten können die vorstehend genannten Schritte an einem neuen Siliziumsubstrat wiederholt werden und mehrere strukturierte Siliziumsubstrate miteinander zu einer Kavität 60 zusammengestellt werden. 11 zeigt eine fertige Spiegelanordnung nach Durchführung sämtlicher Herstellungsschritte. Die Spiegelanordnung nach 11 ist auch in 1 dargestellt, weswegen weitere Bezugszeichen in 11 weggelassen sind.
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Gemäß den 12-15 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spiegelanordnung für eine Sensoreinrichtung beschrieben. 12 zeigt ein bereitgestelltes Siliziumsubstrat 4. Auf dieses wird ein Photoresistfilm aufgetragen. Dieser wird lithografisch strukturiert und es wird unter Ätzen eine Struktur einer Kaverne mit Spiegelflächen ausgebildet. Diese Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausbildung der Struktur durch anisotropes nasschemisches Ätzen eine schräge Facette 40 ausgebildet wird. Nach diesen Verfahrensschritten erhält man die Struktur in 13.
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Auf die schräge Facette 40 wird nun eine Spiegelschicht 41 aufgebracht, was in 14 dargestellt ist. Durch die Abscheidung holografischer Strukturen 2i, 2n erhält man das Siliziumsubstrat 4d gemäß 15.
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Durch weitere Verfahrensschritte, die für den Fachmann aus den genannten Verfahrensschritten ableitbar sind, lässt sich die Spiegelanordnung der Sensoreinrichtung gemäß 3 herstellen.
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16 zeigt eine Spiegelanordnung für eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. In dieser Spiegelanordnung wird das Anregungslicht zunächst von einem weiteren Spiegel 2p abgelenkt, bevor es auf den Kristallkörper 1 trifft. Im Übrigen entspricht diese Ausführungsform derjenigen gemäß 1.
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Gemäß 17 und 18 sind sämtliche Spiegel 2p, 9 und der Kristallkörper 1 durch eine transparente Abdeckung bzw. Kappe 30 geschützt, durch die das Anregungslicht 20 von der Lichtquelle 3 einkoppelbar ist. Diese kann durch Bonden, z.B. anodisches Bonden, auf eine Halterung der Spiegel 2o, 9 aufgebracht werden. Dabei ist die Lichtquelle 3 bevorzugt derart angeordnet, dass das Anregungslicht senkrecht durch die transparente Kappe 30 geführt wird. Insbesondere wird das Anregungslicht durch einen weiteren Spiegel 2o abgelenkt, bevor es auf den Kristallkörper trifft. Die Spiegel 2p, 9 befinden sich in einer Gasatmosphäre 50, bevorzugt eine Schutzgasatmosphäre.
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18 zeigt hierbei einen Spiegel 2p, der als aktuierbarer Mikrospiegel ausgebildet ist und damit eine nachträgliche Justierung ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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