Technological implementation and characterization of optimized high quality multi-stopband Fabry-Pérot filter arrays for nanospectrometers using Substrate Conformal Imprint Lithography

Ein Fabry-Pérot (FP) Filtern basiertes miniaturisiertes statisches Sensor Arrays für hohe Qualität, Sensitivität und selektive Detektion im sichtbaren Bereich wurde in dieser Arbeit untersucht. Das FP-Filter besteht aus zwei parallelen hochreflektiven Spiegeln und einer zwischenliegenden Resonanzkavität. Abhängig von der Dicke oder Höhe der Resonanzkavität transmittiert jeder Filter ein schmales spektrales Band (die sogenannte „Transmissionslinie“). Bragg-Spiegel (Distributed Bragg Reflector-DBR), die mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) hergestellten wurden, wurden als hochreflektive Spiegel ausgewählt, während die substratkonforme Imprint-Lithographie (SCIL), eine Form der Nanoimprint-Technologie, ermöglicht die verschiedenen Resonanzkavitäten in einem Prozessschritt. Die Struktur, die die FP-Filter mit den Detektorfeldern verbindet, ist das Sensorfeld und wird auch ‚Nanospektrometer‘ am Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik (INA) genannt. In dieser Arbeit wird die Qualität der verschiedenen mit Nanoimprint hergestellten Kavitäten verbessert, indem Prozessparameter wie die Fläche des Imprints, die Prozessverzögerung, Stufenzeit, WEC-Offset und Belichtungszeit, etc. modifiziert werden. Ein neues Imprintpolymer (z.B. mr-NIL2010, verdünnt) wird mit häufig genutzten Material (z.B. mr-UVcur06) verglichen. Die Homogenität der Restschichtdicke wird ebenfalls verbessert. Darüber hinaus kann die Dicke der Restschichtdicke bis zu einem gewissen Grad kontrolliert werden. Eine durchschnittliche Transmissionsintensität von ~52%, mit der besten Transmission bis zu 90% und einer durchschnittlichen Halbwertsbreite (FWHM) von 2,7 nm wurde in den einzelnen Stoppband-Filterfeldern erreicht. Die designten 64 unterschiedlichen FP Filter sind in der Lage 64 individuelle Transmissionslinien über ein spektrales Band von grob 60 nm zu transmittieren. Ein Multi-Stoppband FP-Filterfeld ermöglicht die Erweiterung der spektralen Bandes und die Abdeckung wird ebenfalls in dieser Arbeit untersucht. Ein drei Stoppbänder umfassender Labordemonstrator mit 192 unterschiedlichen FP-Filtern wurde erfolgreich konzipiert und hergestellt. Der Detektionsbereich wurde von grob 60 nm auf 165 nm vergrößert. Bis zu 96% Transmissionsintensität mit einem Durchschnittswert von 70% und eine Halbwertsbreite bis zu 1,7 nm mit einem Durchschnitt von 3 nm wurde erreicht.