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Disertación de Maestría
DOI
10.11606/D.3.2008.tde-11082008-142151
Documento
Autor
Nombre completo
Daniel Orquiza de Carvalho
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2008
Director
Tribunal
Alayo Chávez, Marco Isaías (Presidente)
Borges, Ben-Hur Viana
Kassab, Luciana Reyes Pires
Título en portugués
Estudo e desenvolvimento de guias de onda ARROW, com camadas anti-ressonantes de a-SiC:H e TiOx, para aplicação em dispositivos de óptica integrada.
Palabras clave en portugués
Métodos de fabricação em microeletrônica
Óptica integrada
Resumen en portugués
Neste trabalho, foram fabricados guias de onda ARROW (Anti-Resonant Reflecting optical waveguides), através da utilização de filmes finos, de materiais amorfos, obtidos pelas técnicas de Deposição Química a vapor assistida por plasma (PECVD) e Sputtering. Pelo fato de o funcionamento destes guias ser bastante dependente da geometria e das propriedades ópticas dos materiais, foram realizadas simulações utilizando o Método de Matrizes de Transferência (TMM) e o Método de Diferenças Finitas com Reticulado Não Uniforme (NU-FDM) para a determinação dos parâmetros geométricos destas estruturas. Na fabricação, foram utilizados filmes de oxinitreto de silício (SiOxNy) e carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiC:H), depositados por PECVD, à temperatura de 320°C, e filmes de TiOx depositados por Sputtering, para a fabricação das camadas que compõem os guias de onda. Os filmes de a-SiC:H e TiOx foram utilizados como primeira camada anti-ressonante, possuindo espessuras de 0,322 µm e 86,3 nm, respectivamente. A definição das paredes laterais dessas estruturas foi feita através da Corrosão por Plasma Reativo (RIE) utilizando técnicas fotolitográficas convencionais. Os guias de onda ARROW foram caracterizados em termos de perdas por propagação, para o comprimento de onda de 633 nm, utilizando a técnica de clivagem e a técnica de vista superior. As perdas em função do comprimento de onda para a faixa que vai desde o ultravioleta até o infravermelho próximo (200 nm a 1100 nm) também foram medidas utilizando fonte de luz branca, monocromador e medidor de potência óptica. Além disso, a análise modal dos guias de onda foi feita através de imagens obtidas através de uma objetiva de microscópio e de uma câmera CCD (Charge Coupled Device). Os resultados mostram que é possível obter guias monomodo, com baixas atenuações, tendo se conseguido valores entre 0,8 e 3 dB/cm, para o comprimento de onda de 633 nm. Isso possibilita, no futuro, a fabricação de diversos dispositivos, como sensores interferométricos, sensores químicos baseados em absorção óptica, redes de Bragg, entre outros.
Título en inglés
Study and development of ARROW waveguides with a-SiC:H e TiOx anti-resonant layers for integrated optics applications.
Palabras clave en inglés
Integrated optics
Microelectronics fabrication methods
Resumen en inglés
In this work, Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides (ARROW) were fabricated using thin amorphous films, obtained by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) and Sputtering techniques. Since these waveguides are highly dependent on its geometry and on the optical properties of the materials used, simulations using the Transfer Matrix Method (TMM), and the Non-Uniform Finite Difference Method (NU-FDM), were necessary, for the determination of the geometric parameters of these structures. Silicon oxynitride films (SiOxNy), amorphous hydrogenated silicon carbide films (a-SiC:H), both deposited at a temperature of 320°C, and TiOx films, deposited by Sputtering technique, were used in the fabrication of the layers of the waveguides. The a-SiC:H and the TiOx films were used as first ARROW layer, having thicknesses of 0,322 µm and 86,3 nm, respectively. Also, the definition of the sidewalls of the waveguide was achieved using Reactive Ion Etching (RIE) and conventional lithographic techniques. The waveguides were characterized in terms of propagation losses, for working wavelength of 633 nm, by using the cut-back and the top view techniques. The losses as a function of working wavelength, for the ultraviolet, visible and near infrared regions (200 nm to 1100 nm), were also measured using a white light source, a monocromator and an optical power meter. Furthermore, modal analysis was achieved by using images captured by a Charge Coupled Device (CCD) camera, using a microscope objetctive. Results proved the possibility of obtaining single-mode waveguides with relatively low losses, with values around 0.8 and 3 dB/cm, for working wavelength of 633 nm. This are promising results which indicate the possibility of using these waveguides for the fabrication of many devices such as interferometric sensors, chemical sensors based on optical absorption, Bragg gratings, among others.
 
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Este documento es únicamente para usos privados enmarcados en actividades de investigación y docencia. No se autoriza su reproducción con finalidades de lucro. Esta reserva de derechos afecta tanto los datos del documento como a sus contenidos. En la utilización o cita de partes del documento es obligado indicar el nombre de la persona autora.
danielrevisada.pdf (8.14 Mbytes)
Fecha de Publicación
2008-08-14
 
ADVERTENCIA: El material descrito abajo se refiere a los trabajos derivados de esta tesis o disertación. El contenido de estos documentos es responsabilidad del autor de la tesis o disertación.
  • Carvalho, D. O., and Alayo, M. I. a-SiC:H anti-resonant layer ARROW waveguides [doi:10.1088/1464-4258/10/10/104002]. Journal of Optics. A, Pure and Applied Optics [online], 2008, vol. 10, p. 104002.
  • Martins, G. S. P., Carvalho, D. O., and Alayo, M. I. Tunable Bragg Filter Using Silicon Compound Films [doi:10.1016/j.jnoncrysol.2007.09.064]. Journal of Non-Crystalline Solids [online], 2008, vol. 354, p. 2816-2820.
  • Carvalho, D. O., et al. Experiência de Ensino no Laboratório de Electrónica II. In XXXV Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia, Curitiba - Paraná, 2007. Anais do XXXV Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia., 2007.
  • Carvalho, D. O., et al. Study of ARROW Waveguide Fabrication Process for Improving Scattering Losses. In 6th Ibero-American Congress on Sensors - IBERSENSORS 2008, São Paulo, 2008. Proceedings of the 6th IBERSENSORS 2008., 2008.
  • Carvalho, D. O., et al. Towards integration of light sources and optical devices on a silicon substrate. In XV Congreso Internacional de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Sistemas - INTERCON 2008, Trujillo - Peru, 2008. Proceedings del 15th Congreso Internacional de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Sistemas - INTERCON 2008., 2008.
  • Carvalho, D. O., and Alayo, M. I. ARROW Waveguides Fabricated with SiOxNy and a-SiC:H Films. In 6th Ibero-American Conference on Optics (RIAO); 9th Latin-American Meeting on Optics, Lasers and Applications (OPTILAS), Campinas, São Paulo, 2007. Proceedings of the 6th Ibero-American Conference on Optics (RIAO) and 9th Latin-American Meeting on Optics, Lasers and Applications (OPTILAS).New York - USA : American Institute of Physics, 2007.
  • Carvalho, D. O., and Alayo, M. I. TiO2 Anti-resonant Layer ARROW Waveguide. In 23rd Symposium on Microelectronics Technology and Devices - SBMicro 2008, Gramado, RS, 2008. Microelectronics Technology and Devices - SBMicro 2008.New Jersey : Electrochemical Society Transactions, 2008.
  • Martins, G. S. P., Carvalho, D. O., and Alayo, M. I. Tunable Bragg Filter Using Silicon Oxynitride Films. In 22nd International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors (ICANS 22), Colorado - USA, 2007. Proceedings of the 22nd International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors (ICANS 22)., 2007. Abstract.
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