Nanostrukturierte Absorptions- und Emissionsschichten für thermische Infrarotsensoren und Infrarotstrahler

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerald Gerlach
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267557604

Hochdetektive und schnelle thermische Strahlungssensoren benötigen eine möglichst gute thermische Isolation zur Umgebung und eine möglichst geringe Wärmekapazität. Es ist möglich, Detektorelemente mit Dicken von unter 1 µm herzustellen. Zur Absorption der Strahlung werden allerdings Absorptionsschichten bzw. -schichtsysteme benötigt, die aus physikalischen Gründen eine bestimmte Schichtdicke haben müssen und damit Wärmekapazität und -leitung wieder entscheidend verschlechtern. In Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass sehr dünne Schichten, die durch Schrägwinkelaufdampfung (Glancing Angle Deposition - GLAD) erzeugt werden, eine sehr gute Anpassung der Brechungsindizes zwischen Luft und Sensorelement realisieren, so dass gute Strahlungsabsorption auch bei sehr dünnen Schichten möglich wird. Durch Variation des Abscheidewinkels lassen sich die Schichteigenschaften gezielt beeinflussen, so dass sich gezielt Gradientenschichten mit sehr hoher Absorption in sehr breiten Wellenlängenbereichen schaffen lassen. Zudem können dann diese Absorptionsschichten in pyroelektrischen Detektoren gleichzeitig auch als Elektroden verwendet werden. Diese genannten Zusammenhänge sollen experimentell untersucht und modelliert werden und sollen zu Entwurfsrichtlinien führen, mit denen sich aus vorgegebenen technischen Anforderungen die technologischen Abscheideparameter mit ihrem geforderten Zeitverlauf ableiten lässt. Da gute Absorber auch gute Emitter sind, können solch extrem guten, breitbandigen Schichten auch als thermische Strahler eingesetzt werden. Da die Strahlungsleistung von der Strahlertemperatur abhängig ist, muss die Schicht hochtemperaturstabil sein. Deshalb soll in einem zweiten Projektteil untersucht werden, wie das Schrägwinkelaufdampfen auch für hochschmelzende Materialen verwendet und in die Siliziumtechnologie integriert werden kann. Ultradünne Strahlungsheizer mit geringer Wärmekapazität sind deutlich effizienter, d. h. haben eine geringere elektrische Leistungsaufnahme, und lassen sich mit deutlich höheren Frequenzen elektrisch modulieren als bisher bekannte Lösungsansätze, was für viele Anwendungen zu enormen Vorteilen führen würde. Dies soll an Demonstratoren nachgewiesen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Elektronenstrahlverdampfer
• Gerätegruppe: 8380 Schichtdickenmeßgeräte, Verdampfungs- und Steuergeräte (für Vakuumbedampfung, außer 833)