Design and fabrication of thermo-mechanical thermal detector arrays with optical readout

Optik Okumalı Termo-Mekanik Termal Detektör DizinTasarımı ve FabrikasyonuÖzetKızılötesi görüntüleme teknolojisinin uygulama alanları çok geni tir. Askeri uygulamalar,otomotiv endüstrisi, tıbbi görüntüleme, güvenlik uygulamaları, arama-kurtarma çalı maları,endüstriyel test ve jeo-termal olay tespiti ile çevre kontrolü belli ba lı uygulama alanlarıolarak sayılabilir.Bu tezde; optik okumalı, opto-mekanik tipi so utmasız kızılötesi detektör dizini tasarımve üretim çalı maları sunulmaktadır. Detektörler için hesaplanan NETD (Gürültü E lenikliSıcaklık Farkı) 10 mK'den daha küçüktür (60 Hz'de okunan 50 m'lik pikseller için ve f/1kızılötesi lens ile birlikte). Bu performans seviyesi, en geli mi so utmasız mikrobolometretipi detektörlerle elde edilecek performanstan çok daha ileride olup; en geli mi so utmalıkızılötesi detektör dizinleri-ki bunlar so utmasız detektörlere göre çok daha karma ık vepahalıdırlar-ile elde edilecek performansla kar ıla tırılabilir durumdadır. Piksellere entegreedilmi da ıtma ızgarası (diffraction grating) tabanlı optik okuma ve piksel seviyesindeokuma elektroni i gereksinimini ortadan kaldıran MEMS tarayıcı sayesinde; önerilenkonfigürasyon yüksek performansının yanı sıra yüksek çözünürlükte detektör diziniolu turmaya da uygundur.Detektör pikselleri çift-katlı bacaklara ba lı küçük zarlardan olu maktadır. Zarları tutançift-katlı bacaklar, termal yalıtım bacakları ile substrata ba lanmı tır. Emilen kızılötesiı ınların sıcaklık farkına çevrilmesi, çift-katlı bacaklarda bükülmeye yol açar. Bu bükülme herpikselin altına yerle tirilen da ıtma ızgaralarıyla optik olarak nanometre-altı hassasiyetleölçülmektedir. Sabit da ıtma ızgaralarıyla hareketli piksel zarları giri im-ölçerolu turmaktadır. Giri im-ölçer sayesinde okuma gürültüsü; okuma için gerekli ı ık kayna ınınShot-gürültü seviyesine indirilebilmektedir. Dolayısıyla okuma gürültüsünün toplamgürültüye katkısı ihmal edilebilir.Tasarım prototipleri olarak, 3 x 3 formatında detektör dizinleri Georgia Institute ofTechnology, Atlanta-USA bünyesindeki Microelectronics Research Center (MIRC) isimlimerkezde üretilmi tir. Kuvars plaka üzerine Silikon Nitrat, Alüminyum ve Krommateryallerini büyütme ve a ındırma adımlarını içeren mikrofabrikasyon, 4-lithografimaskesine gereksinim duymakta olup, dü ük sıcaklıklarda tamamlanabilmektedir (<250ºC).Anahtar Kelimeler: Kızılötesi görüntüleme, termal görüntü sensörleri, kızılötesi emici, çift -katlı kaldıraçlar, termal bükülme, da ıtma ızgarası, giri im ölçer, mikro tarayıcılar, MEMS,mikrofabrikasyon.Danı man: Hakan Ürey Tarih: 11/08/2005Enstitü Müdürü: Tarih: