In this paper a novel concept for the fabrication of highly sensitive uncooled microbolometers is presented. The approach is based on the realization of thermal isolation and simultaneous electrical contacting of the microbolometers by means of sufficiently long and thin coated nanotubes, which can be fabricated by post processing on top of CMOS wafers comprising the ROIC. Thus, the effective area of the absorption layer is maximized at a given pixel size, as lateral legs, which have been the main component of the thermal isolation commonly, are completely omitted. The resulting thermal conductance can be tuned independently from the pixel size by varying the geometry and structuring of the nanotubes. Based on test structures the nanotube microbolometers are characterized with respect to electro-optical and mechanical properties. The focus in this paper is on nanotube microbolometers with a pixel size of 12 μm
ZusammenfassungIn diesem Paper wird ein innovatives Konzept zur Herstellung von hochempfindlichen ungekühlten Mikrobolometern, zur Detektion von langwelliger Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) in einem Wellenlängenbereich von 8 μm–14 μm, beschrieben. Der Ansatz basiert auf der Realisierung der thermischen Isolierung und gleichzeitiger elektrischer Kontaktierung der Mikrobolometer mit Hilfe von ausreichend langen und dünnbeschichteten Hohlröhrchen (hier als Nanotubes bezeichnet), welche mit Technologien und Prozessen aus der Mikrosystemtechnik hergestellt werden können. Somit wird der relative Flächenanteil des Absorbers bei einer gegebenen Pixelgröße maximiert, da laterale Stege, welche bislang Hauptbestandteil der thermischen Isolierung waren, komplett entfallen. Der resultierende thermische Leitwert kann über die einzelnen Schichtdicken, Grundradius und Länge der Nanotubes flexibel und unabhängig von der Pixelgröße eingestellt werden. Die gefertigten Nanotube-Mikrobolometer werden zunächst anhand von Teststrukturen im Hinblick auf die elektro-optischen und mechanischen Eigenschaften grundlegend charakterisiert. Der Fokus liegt in dieser Arbeit auf Pixelgrößen von 12 μm.
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