Caracterização de guias de onda de nitreto de silício para aplicações em detecção no infravermelho médio

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dc.contributor.advisorMatos, Christiano José Santiago de
dc.contributor.authorOliveira, Emerson Candido de
dc.date.accessioned2023-04-28T14:25:03Z
dc.date.available2023-04-28T14:25:03Z
dc.date.issued2020-02-04
dc.description.abstractO 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.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPQ - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/32547
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.publisherUniversidade Presbiteriana Mackenzie
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectguia de ondapt_BR
dc.subjectnitreto de silíciopt_BR
dc.subjectinfravermelho médiopt_BR
dc.subjectgrafenopt_BR
dc.subjectsensoriamentopt_BR
dc.titleCaracterização de guias de onda de nitreto de silício para aplicações em detecção no infravermelho médiopt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6843256597783676pt_BR
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0001-6165-3791pt_BR
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6667141176077326pt_BR
local.contributor.board1Oliveira, Rafael Euzébio Pereira de
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4273347313516555pt_BR
local.contributor.board2Barbosa, Felippe Alexandre Silva
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1504121244009043pt_BR
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-7856-5779pt_BR
local.description.abstractenThe mid infrared (MIR) is a spectral region which contains precious vibrational characteristcs of organic and inorganic molecules. Spectroscopic sensors capable of detecting these transitions are of extreme importance for biomedical applications, for example, Where high sensibility and detection power are needed. Traditional MIR sensors usually have the problem of not beinh compact, making it impossible for some in situ and in loco applications; at the same time, They are not able to detec low concentration analytes. MIR integrated optical sensors have the potential of increasing matter-light interaction in this spectral region, thus allowing for significant increases in detection power. Together with the well consolidated fabrications techniques from silicon photonics, such devices can be frabricated on a large scale and with low cost, also enabling miniaturization and increased robustness. One way to further enhance the interaction of light with the analyte is by adding nanomaterials, such as graphene, which presentes a great application potential in the MIR. Graphene’s optoelectronic properties can be controlled through the insertion or removal of charge carriers, changing its Fermi level. Such properties can be exploited for the creation of integrated sensors in the MIR. In this work, optical characterizations of PECVD and photolithography fabricated waveguides are presented. In this work, the optical characterization is presented of silicon nitride waveguides fabricated by PECVD and optical lithography for médium infrared sensingapplications. The characterization of these waveguides was given in three spectral ranges: visible (633nm), near infrared (980 and 1520 to 1570 nm) and mid infrared (2000 to 3000 nm). The obtained results, especially in the mid infrared, suggest high losses, between 17 and 35 dB for 4 mm lenght in the range of 2,00 to 2,50 um, due to imperfections in the waveguide’s structure and due to hydrogen contamination in the silicon nitride. On graphene’s, losses are even higher, around 35 dB for the 2.0 to 2.1 um and over 40 dB for wavelengths higher than 2.2 um. After doping graphene by submerging it in nitric acid solution during 10 minutes, a redution in its Fermi leve lis observed from 330 to 220 meV. The characterization after doping suggests a slight decrease in attenuation.pt_BR
local.keywordswaveguidept_BR
local.keywordssilicon nitridept_BR
local.keywordsmid infraredpt_BR
local.keywordsgraphenept_BR
local.keywordssensingpt_BR
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)pt_BR
local.publisher.initialsUPM
local.publisher.programEngenharia Elétrica e Computaçãopt_BR
local.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::TEORIA ELETROMAGNETICA, MICROONDAS, PROPAGACAO DE ONDAS, ANTENASpt_BR
local.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA::ESTRUTURA DOS METAIS E LIGASpt_BR
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