Caracterização de guias de onda de nitreto de silício para aplicações em detecção no infravermelho médio
Tipo
Dissertação
Data de publicação
2020-02-04
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Oliveira, Emerson Candido de
Orientador
Matos, Christiano José Santiago de
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Oliveira, Rafael Euzébio Pereira de
Barbosa, Felippe Alexandre Silva
Barbosa, Felippe Alexandre Silva
Programa
Engenharia Elétrica e Computação
Resumo
O infravermelho médio (MIR) é uma faixa espectral que contém preciosas características vibracionais de moléculas orgânicas e Inorgânicas. Sensores espectroscópicos capazes de detectas estas transições são de extrema importância para aplicações biomédicas, por exemplo, onde se necessita de alta sensibilidade e poder de detecção. Sensores para o MIR tradicionais usualmente possuem o problema de não serem compactos, impossibilitando algumas aplicações in situ e in loco, além de não conseguirem detectar analitos em baixas concentrações. Sensores ópticos integrados no MIR têm o potencial de aumentarem a interação da matéria com a luz nesta faixa espectral, possibilitando aumentos significativos de poder de detecção. Usando técnicas de fabricação muito bem consolidadas da fotônica do silício, tais dispositivos podem ser fabricados em larga escala e com baixo custo, possibilitando também a miniaturização e aumento da robustez. Uma maneira de aumentar ainda mais a interação da luz com o analito é através da integração de nanomateriais, tais como o grafeno, pois apresentam um grande potencial de aplicação no MIR. As propriedades optoeletrônicas do grafeno podem ser controladas a partir da inserção ou remoção de portadores de carga, alterando seu nível de Fermi. Tais propriedades podem ser aproveitadas para a criação de sensores integrados no MIR. Neste trabalho são apresentadas caracterizações ópticas de guias de onda fabricados por PECVD e litografia óptica em nitreto de silício além da transferência de grafeno e dopagem por métodos químicos em sua superfície para aplicações em sensoriamento no infravermelho médio. A caracterização destes guias se deu em três faixas espectrais: visível (633nm), infravermelho próximo (980 e 1520 a 1570 nm) e infravermelho médio (2000 a 3000 nm). Os resultados obtidos nestas caracterizações, sobretudo no infravermelho médio, sugerem perdas elevadas, variando entre 17 e 35 dB para comprimentos de 4 mm na faixa de 2,00 a 2,50 um, devido a imperfeições na estrutura do guia à presença de contaminação com hidrogênio no nitreto de silício. Na presença do grafeno, tais perdas são ainda maiores, na ordem de 35 dB para a faixa de 2,0 a 2,1 e acima de 40 dB para comprimentos de onda maiores do que 2,2 um. Ao dopar o grafeno por submersão em solução de ácido nítrico durante 10 minutos, observa-se uma redução do nível de Fermi de 330 para 220 meV. A caracterização após dopagem sugere uma pequena diminuição na atenuação.
Descrição
Palavras-chave
guia de onda , nitreto de silício , infravermelho médio , grafeno , sensoriamento