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Ungekühlte Mikrobolometer-Arrays mit einer Pixelgröße von 12 µm basierend auf einer neuartigen thermisch isolierenden Struktur

Uncooled microbolometer arrays with a pixel size of 12 μm based on a novel thermally isolating structure
 
: Muckensturm, Kai-Marcel; Weiler, Dirk; Hochschulz, Frank; Busch, Claudia; Geruschke, Thomas; Wall, Simone; Heß, Jennifer; Lerch, Renee G.; Würfel, Daniel; Vogt, Holger

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Technisches Messen : TM 84 (2017), Nr.6, S.381-388
ISSN: 0340-837X
ISSN: 0171-8096 (Print)
ISSN: 2196-7113 (Online)
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IMS ()
Infrarot-Detektor; IRFPA; Ungekühlte Mikrobolometer; nanotubes; Infrared detector; uncooled microbolometers; nanotubes

Abstract
In 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.

 

A novel structure for realization of thermal isolation and electrical contacting of microbolometers is described in this paper. This structure is formed by thin coated hollow tubes (termed as nanotubes in this work), which can be fabricated by processes of microsystems technology. Therefore, commonly used lateral legs as main component of thermal isolation can be excluded in order that the effective absorption area is maximized. The resulting thermal conductance can be tuned independently from the pixel size by varying layer thicknesses, base radius and length of the structured nanotubes. The fabricated12 μm pixel size nanotube microbolometers are characterized with respect to electrical-optical and mechanical properties by means of test structures.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-445743.html