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

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Oliveira, Emerson Candido de
• Orientador(a): Matos, Christiano José Santiago de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por; eng
• Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
• Palavras-chave em Português: guia de onda; nitreto de silício; infravermelho médio; grafeno; sensoriamento
• Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/32547

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.