@phdthesis{Schulze2022, author = {Schulze, Tim}, title = {MEMS-basierte Komponenten zur Modulation von Terahertzstrahlung in Hohlleitern}, doi = {10.26127/BTUOpen-6166}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-61667}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2022}, abstract = {Der Trend zur Miniaturisierung von elektrischen, optischen und mechanischen Systemen bleibt ungebrochen. So setzt sich diese Entwicklung gleichermaßen im Bereich von THz- Systemen fort, in dessen Zuge zus{\"a}tzliche Potentiale hinsichtlich der Applikationen, des Leistungsverm{\"o}gens aber auch die Reduzierung von Fertigungskosten in Aussicht gestellt werden. Dabei stellen halbleiterbasierte Wellenleitersysteme, vor allem durch ihre hohe Integrationsf{\"a}higkeit, vielversprechende L{\"o}sungen dar. Eine Funktionserweiterung derartiger Systeme l{\"a}sst sich dar{\"u}ber hinaus durch die Integration von fundamentalen Komponenten wie aktuierbaren Wellenleiterschaltern oder auch -Kombiniern und -Splittern erreichen. In diesem Zusammenhang befasst sich diese Arbeit mit der Entwicklung und Charakterisierung von rechteckigen THz-Hohlleiterschaltern aus Silizium, welche auf neuartigen elektrostatischen Biegebalken des Fraunhofer IPMS, auch NEDs genannt, basieren. Dahinf{\"u}hrend erfolgen theoretische Vorbetrachtungen zur Identifizierung und Evaluation von performanzbestimmenden Parametern. Im Anschluss werden mit Hilfe von FEM-Simulationen diverse Schalterkonzepte entwickelt und charakterisiert. Da die NED-Technologie f{\"u}r diese Konzepte noch in Entwicklung ist, erfolgen die experimentellen Funktionsnachweise im Rahmen eines Rapid-Prototyping-Ansatzes mit gedruckten Wellenleiterkomponenten, basierend auf dem Fertigungsverfahren der Zwei-Photonen-Lithographie. Durch die theoretischen Vorbetrachtungen kann vorausgesagt werden, dass Wellenleitersysteme aus Silizium zwingend metallisiert werden m{\"u}ssen und m{\"o}glichst glatte Seitenw{\"a}nde ben{\"o}tigen. Zus{\"a}tzlich wird der Pull-in-Effekt als Limitierung der NED-Auslenkung und des Schaltverm{\"o}gens identifiziert. Anhand der FEM-Simulationen wird gezeigt, dass Schaltkonzepte, bei denen zwei NEDs den Wellenleiter l{\"a}ngs entlang der langen Querschnittsseite schließen, am vorteilhaftesten sind. Außerdem wird nachgewiesen, dass L{\"u}cken zwischen den NEDs und den Seitenw{\"a}nden parallel zur NED-Auslenkung signifikanten Einfluss auf das D{\"a}mpfungsverm{\"o}gen des Schalters nehmen und damit nur Gr{\"o}ßen von wenigen Mikrometer einnehmen d{\"u}rfen. Gedruckte Wellenleiter mit integrierten Biegebalkenstrukturen liefern letztlich einen experimentellen Funktionsnachweis. Statische Bauteile ohne bewegliche Strukturen und elektrostatisch aktuierbare Bauteile erlauben es dabei, die {\"A}nderung der Cutoff-Frequenz und der D{\"a}mpfung w{\"a}hrend des Schließvorganges quantitativ zu bestimmen. Die gemessene D{\"a}mpfung betr{\"a}gt dabei etwa 20 dB. Folglich erlaubt die Identifizierung von diversen Limitierungen und einflussnehmenden Parametern sowie deren Absch{\"a}tzung und experimentelle Funktionsnachweise, die Entwicklung eines NED-basierten Wellenleiterschalters zu f{\"o}rdern. Dar{\"u}ber hinaus zeigen die experimentellen Versuche, dass sich die Zwei-Photonen-Lithographie im hohen Maße zur Prototypen- und Kleinserienfertigung von statischen Wellenleiterkomponenten des THz- und Mikrowellenbereiches eignet.}, subject = {Terahertz; Wellenleiterschalter; MEMS; Zwei-Photonen-Lithographie; Schneller Prototypenbau; Terahertz; Waveguide switch; MEMS; Two-photon lithography; Rapid prototyping; MEMS; Rapid Prototyping ; Hohlleiter}, language = {de} }