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Aufgrund der spezifischen Eigenschaften von THz-Wellen und deren Wechselwirkung mit Materie bietet die THz-Bildgebung erhebliches Potenzial in diversen Anwendungsbereichen, unter anderem in den Biowissenschaften, der zerstörungsfreien Qualitätskontrolle und in Sicherheitsanwendungen. Die gegenwärtigen THz-Systeme erfüllen jedoch nicht die Voraussetzungen in Bezug auf Kosten, Kompaktheit und Funktionsumfang, um eine weitreichende Verwendung außerhalb von Laborumgebungen zu ermöglichen. Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation ist es daher, den gesellschaftlichen Einfluss von THz-Technologie durch die Realisierung neuartiger THz-Bildgebungsmodalitäten mit integrierten Schaltungen (IC) in konventioneller Siliziumtechnologie zu erhöhen. Die bisherige Forschung in THz-ICs fokussierte sich vorwiegend auf die Entwicklung kompakter Strahlungsquellen und Detektoren für Fernfeld-Bildgebungssysteme, welche die Eigenschaft von THz-Wellen, verschiedene dielektrische Materialien zu durchdringen, ausnutzen. Ein Teil dieser Dissertation fügt sich in diese Forschung ein und demonstriert erstmals die kostengünstige volumetrische THz-Bildgebung unter Verwendung des Prinzips der Computertomographie mit Siliziumkomponenten. Dazu wird im Rahmen dieser Dissertation eine hochkompakte 430 GHz Quelle mit hoher Sendeleistung in einer 0.13 μm SiGe-HBT Technologie entwickelt. Die räumliche Auflösung von solchen Fernfeldbildgebungssystemen wird allerdings durch Beugungseffekte bei Terahertzwellen auf den Millimeterbereich begrenzt. Einige der vielversprechensten THz-Anwendungen in den Biowissenschaften, wie die intraoperative Bildgebung von Krebsgewebe, benötigen jedoch eine Auflösung im Mikrometerbereich, um die Messung von Materialeigenschaften auf zellulärer Ebene zu ermöglichen. Diese Dissertation präsentiert die Realisierung von THz-Mikroskopie mit einem siliziumbasierten Sensorsystem. Der zentrale Beitrag dieser Arbeit ist die Entwicklung und die Analyse eines 128-pixel THz Nahfeldsensorchips, welcher bei einer Frequenz von 550 GHz arbeitet und eine Auflösung von ca. 10 μm aufweist. Der Sensor nutzt die kapazitive Nahfeldwechselwirkung zwischen Split-Ring-Resonatoren (SRRs) und dem Objekt und ermöglicht somit einen Bildgebungskontrast, der von der dielektrischen Permittivität bestimmt wird. Um gleichzeitig eine Bildgebung in Echtzeit, eine hohe Sensorempfindlichkeit und ein Integrationsniveau zu ermöglichen, das mit herkömmlicher Unterhaltungselektronik vergleichbar ist, werden die vollständigen Integrationsfähigkeiten einer 0.13 μm SiGe-BiCMOS-Technologie genutzt. In dem Chip wird ein eindimensionales THz-Sensor Frontend, die analoge Signalverarbeitung und eine digitale Schaltung für die Steuerung und die externe Kommunikation kointegiert. Die so erzielten Ergebnisse in Bezug auf Bildgebungsgeschwindigkeit, Systemkosten, und Integrationsniveau gehen weit über den aktuellen Stand der Technik der THz-Nahfeld-Bildgebung hinaus. Die Fähigkeit, mikroskopische THz-Aufnahmen schnell zu erzeugen, wird der Erforschung von Materialeigenschaften im THz-Frequenzbereich zu Gute kommen und legt die Grundlage für die Untersuchung von Anwendungen in der biologischen THz-Bildgebung auf zellulärer Ebene. Insbesondere können mit dem hier präsentierten Sensor erstmals umfassende Studien zur klinischen Relevanz von THz-Wellen für die intraoperative mikroskopische Tumorranderkennung bei der Brustkrebsbehandlung durchgeführt werden.

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