NaMIS
Förderkennzeichen: 13XP5019G
Projektlaufzeit: 01.05.2016 bis 31.10.2018
Verbundvorhaben: Nanointegration als Schlüsseltechnologie für einen MEMS basierten IR-Emitter für spektroskopische Sensorsysteme – NaMIS
Das Ziel des Projekts besteht in der Forschung zu einem neuartigen Hochtemperaturbolometer mit nano-strukturierter Absorptionsschicht. Dieses Bolometer ist in dem im Gesamtprojekt zu erforschenden IR-Emitter als Regeleinheit zur Überwachung der IR-Strahlung vorgesehen. Der Anspruch ergibt sich aus der über die gesamte Betriebsdauer erforderlichen Strahlungskonstanz des Emitters bei einer Betriebstemperatur von 800 °C und somit einer Temperaturbelastung des Bolometers von über 400 °C. Darüber hinaus muss das Bolometer Signale liefern, deren Qualität den Ansprüchen an die Regelgröße genügt, sodass es im Gesamtsystem eine IR-Strahlung ausreichender Stabilität liefern kann.
Das eigentliche Bolometer besteht aus einer feinen, mäanderartigen Metallleiterbahn, die auf einer dünnen Membran aufgebracht ist. Diese wird getragen von einem Rahmen, auf dem sich auch die beiden Bondpads für die Kontaktierung befinden. Bei der sensorischen Schicht wird insbesondere die Erzielung eines hohen Temperaturkoeffizienten (TK-Wert) angestrebt. Die Membran soll eine gute thermische Entkopplung von Substrat und Sensorschicht bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Stabilität gewährleisten und möglichst eigenspannungsarm sein. Hierfür wird eine Sandwichstruktur vorgeschlagen. Darüber hinaus wird eine möglichst geringe thermische Zeitkonstante des Bolometers angestrebt, um die erforderliche Dynamik des Regelkreises zu erzielen.
Aktueller Stand
Die bisherigen Arbeiten konzentrierten sich auf die Auslegung der metallischen Sensorschichten und die Prozessierung eigenspannungsarmer Membranen. Geringe Eigenspannungen werden durch Tempern erzielt, wobei sich die mechanischen Spannungen der einzelnen Membranschichten gegenseitig kompensieren. Für die Sensorschicht wurde zunächst reines Nickel, mit einem deutlich höheren TK-Wert als das häufig eingesetzte CrNi, favorisiert. Es wurden Strukturierungsversuche durchgeführt, in deren Ergebnis reproduzierbare Nickelstrukturen mit glatten Kanten erzielt werden konnten. Weiterhin wurden Testmuster von Bolometern hergestellt und bezüglich ihrer sensorischen Eigenschaften untersucht. Die meisten Parameter lagen im angestrebten Bereich.
Die weiteren Arbeiten betreffen eine Überarbeitung des Layouts mit dem Ziel einer weiteren Miniaturisierung und einer Verringerung der thermischen Zeitkonstante.