Abstract in Deutsch:

Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses von nanotubekontaktierten Mikrobolometern auf Basis einer semi-analytischen Modellierung der Nanotube-Wärmeleitfähigkeit.</br> Ansatzpunkt der Entwicklungen ist ein CMOS-kompatibler Herstellungsprozess für Mikrobolometer, in welchem der elektrische Anschluss des Sensorelements gleichermaßen mit dessen thermischer Isolierung über Nanotubes realisiert wird.</br> Die Verwendung des nanotubebasierten Anschlusses eröffnet die Möglichkeit zur Realisierung kleinerer IR-Imager bei gleichbleibender Auflösung bzw. hochauflösenderer Imager bei gleichbleibender Größe des Kamerasystems. Das vorgestellte Nanotube-Wärmeleitfähigkeitsmodell bietet erstmals die Möglichkeit, bereits auf Grundlage weniger Materialparameter Vorhersagen über die Wärmetransporteigenschaften des Materials in einer Nanotubegeometrie zu treffen. Da die thermische Isolierung von Mikrobolometern unmittelbar mit deren Detektorsensitivität skaliert, liefern die hier vorgestellten Modellierungen Designvorschriften zur Optimierung der Nanotube-Mikrobolometer.</br> Auf Grundlage des Nanotube-Wärmeleitfähigkeitsmodells werden zur Realisierung einer hinreichenden thermischen Isolation der Mikrobolometer Zielwandstärken der Nanotubes in der Größenordnung weniger Atomlagen erforderlich.</br> Die Verwendung derart geringer Wandstärken wird jedoch durch die mechanische Stabilität der Mikrobolometer limitiert. Aus diesem Grund wird ein System mechanischer Teststrukturen vorgestellt, mit welchen die praktische Umsetzbarkeit der Modellanforderungen an die Nanotubes experimentell nachgewiesen wird.</p> Die Erkenntnisse des Nanotube-Wärmeleitfähigkeitsmodells und der experimentellen Untersuchungen zur mechanischen Stabilität werden in einem innovativen Herstellungsprozess für die Nanotube-Mikrobolometer umgesetzt. Dieses Mikrobolometerkonzept basiert zur Realisierung der thermischen Isolierung auf der Ausnutzung einer reduzierten Wärmeleitfähigkeit der Nanotubes durch Strukturgrößen nahe und unterhalb der mittleren freien Weglänge von Phononen und Elektronen. Die Mikrobolometer werden mit Methoden der Mikrosystemtechnik in einem Post-CMOS-Prozess auf einer Ausleseschaltung in QVGA-Auflösung in einem Pixel-Pitch von 17 μm gefertigt, mit einem IR-transparenten Deckel mittels Chip-to-Wafer-Bond versehen und als vollständiger IR-Imager in einem Kamerasystem betrieben.</p> Mit den gefertigten IR-Imagern wird eine skalierbare Mikrobolometertechnologie vorgestellt, mit welcher eine Herstellung von funktionsfähigen Mikrobolometern mit einer Pixelgröße von lediglich 6 μm ermöglicht wird. Während kommerziell erhältliche Detektoren einen Pixel-Pitch von bis zu 10 μm aufweisen, benötigt das hier vorgestellte Mikrobolometerkonzept bei 6 μm lediglich 36% der Sensorfläche eines 10 μm-Bolometers.</p>