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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-11072022-111634
Documento
Autor
Nome completo
Filipe de Oliveira Pereira Delboni
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2022
Orientador
Banca examinadora
Kassab, Luciana Reyes Pires (Presidente)
Cacho, Vanessa Duarte Del
Silva, Maria Lucia Pereira da
Título em português
Utilização da arquitetura pedestal para fabricação de guias de onda com ilhas de ouro visando desenvolvimento de dispositivos fotônicos que operem na região do infravermelho.
Palavras-chave em português
Guias de onda
Ilhas de ouro
Infravermelho
Pedestal
Resumo em português
Este trabalho tem como objetivo produzir guias de onda passivos utilizando a estrutura pedestal com as matrizes TeO2 ZnO (TZ) e GeO2 PbO (GP), a fim de testar o guiamento da luz nas regiões do visível e do infravermelho próximo. Foi usado um novo processo para a fabricação dos guias de onda que substitui a máscara de cromo pelo uso da máscara de dióxido de silício (SiO2). O perfil dos guias foi analisado através de Microscopia Eletrônica de Varredura e a técnica de Microscopia de Força Atômica foi usada para caracterizar as ilhas de ouro. Os filmes foram produzidos usando a técnica de Sputtering e as medidas de perda por propagação foram feitas usando a técnica de vista superior usando laser de 632 nm e 980 nm. Os guias com núcleo de GP não demonstraram guiamento no visível e por isto foi estudada a influência de O2 na deposição deste filme, porém não influenciou satisfatoriamente no processo. Os guias com núcleo de TZ demonstraram guiamento nas regiões do visível (632 nm) e infravermelho próximo (980 nm). Para os casos dos guias produzidos com ilhas de ouro, a nucleação foi feita através de diversos tratamentos térmicos seguindo procedimentos estabelecidos anteriormente pelo grupo. A presença das ilhas de ouro reduziu significativamente a perda por propagação na região do infravermelho próximo (980 nm) para todos os guias (de 1-10 m e 80 m de largura) com núcleo de GP. Para o caso dos guias com núcleo de TZ, a referida redução foi mais significativa para os guias mais estreitos (1-10 m de largura). Por fim, a menor perda obtida na região do visível foi de 2 dB/cm para o guia de 80 m de largura com núcleo de TZ sem ilhas de ouro e, em 980 nm foi de 2,08 dB/cm em guia de 80 m de largura com núcleo de GP, com ilhas de ouro. Cabe ressaltar que o guia GP sem as ilhas de ouro apresentou em 980 nm perda de 3,31 dB/cm em guia de 80 m de largura. Simulações foram realizadas para determinar teoricamente os modos guiados e comparar com os resultados experimentais. Este novo processo de produção com plataforma pedestal traz vantagens, pois, promove uma baixa rugosidade de superfície, eliminando a preocupação sobre o efeito micromasking decorrente do uso da máscara de cromo e simplifica as etapas de processos, permitindo o uso de técnicas convencionais da microeletrônica já consolidadas (litografia, oxidação e corrosão) baseadas na tecnologia do silício para a construção do pedestal, demonstrando ser aplicável na construção de dispositivos fotônicos.
Título em inglês
Use of pedestal architecture to manufacture waveguides with gold islands aiming at the development of photonic devices that operate in the infrared region.
Palavras-chave em inglês
Gold islands
Infrared
Pedestal
Sputtering
Waveguides
Resumo em inglês
This work aims to produce passive waveguides using a pedestal structure with TeO2 ZnO (TZ) and GeO2 PbO (GP) matrices, in order to test the guidance of light in the visible and near infrared regions. A new process was used to manufacture the waveguides that replaces the chromium mask by the use of the silicon dioxide (SiO2). The profile of the guides was analyzed by Scanning Electron Microscopy and the Atomic Force Microscopy technique was used to characterize the gold islands. Films were produced using the Sputtering technique and propagation loss measurements were made using the top view technique using 632 nm and 980 nm laser. The guides with GP core did not demonstrate guidance in the visible and therefore the influence of O2 on the deposition of this film was studied, but it did not influence satisfatorily the process. Guides with TZ core demonstrated guidance in the visible (632 nm) and near infrared (980 nm) regions. For the cases of guides produced with gold islands, nucleation was carried out through several thermal treatments following procedures previously established by the group. The presence of gold islands significantly reduced the propagation loss in the near infrared region (980 nm) for all guides (1-10 m and 80 m wide) with GP core. For the case of guides with TZ core, this reduction was more significant for the narrower guides (1-10 m in width). Finally, the lowest loss obtained in the visible region was 2 dB/cm for the 80 m width guide with TZ core without gold islands and in the near infrared region it was 2.08 dB/cm for the 80 m width guide with GP core with gold islands. It is important to highlight that guides with GP core without gold islands, showed at 980 nm, loss of 3.31dB/cm, for 80 m width guide. Simulations were performed to theoretically determine guided modes and compare them with experimental results. This new production process with a pedestal platform brings advantages, as it promotes a low surface roughness, eliminating the concern about the micromasking effect resulting from the use of the chrome mask and simplifies the process steps, allowing the use of conventional microelectronic techniques already consolidated (lithography, oxidation and corrosion) based on silicon technology for the construction of the pedestal, proving to be applicable in the construction of photonic devices.
 
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Data de Publicação
2022-07-11
 
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