1 Resumo aula anterior Modulação Eletromecânica – chopper Eletro-óptica Efeito Pockel Efeito...

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Resumo aula anterior

• Modulação Eletromecânica – chopper Eletro-óptica

Efeito Pockel Efeito Kerr

Magneto-óptica Efeito Faraday Magneto-Kerr

Acusto-óptica. Elasto-óptica Reflexão de Bragg, célula de

Bragg Xstal de quartzo, PZT

• Fotolitografia. • Litografia

• Visita ao Lab Avançado, observar diferentes tipos de efeitos envolvidos em dispositivos de modulação óptica. Demonstração de comunicações utilizando efeito Faraday.

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Apresentação de Jhonas sobre Modulação Eletro-óptica

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Aula de Hoje

• Mais algumas sobre modulação óptica• Litografia e processos litográficos• Alguns dispositivos integrados• MEMS E MOEMS• Sala limpa

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Eletro-óptico Pockel e Kerr

Pockel

Kerr

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Magnetooptical Kerr Effect = MOKE

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O passo a passo da litografia

• Ver em: http://www.ee.byu.edu/cleanroom/lithography.phtml e procurar por Basic Lithography Tutorial é um java script com animação.

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SPM lithography

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Litografia de imersão

Limite de resolução para litografia é usando a eq de Rayleigh:

W é a largura da linha impressa.

Onde k1 é o fator de resolução, l é o comprimento de onda da radiação de exposição e NA é a apertura numérica.

A colocação de água aumenta a NA (nsenq)

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Litografia de imersão

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Imersão

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Existem vários tipos de processos litográficos

• Feixe de elétrons com MEV• EUV => UV Distante• SPL => Scanning Probe Lithography• Raio-X• Mas.......

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Independente da forma como é realizada....

• Observar o produto final objetivo dos efeitos que desejamos

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Óptica integrada e Materiais Fotônicos

• Desenvolvimento de dispositivos ópticos miniaturizados, em escala de micro – nano, de alta funcionalidade sobre substratos.

• Nesta área é possível distinguir: Circuitos ópticos integrados. A luz é confinada em guias de onda

de filmes finos, depositados ou cavados no substrato (vidro, xstal dielétrico, semicondutor).

Dispositivos ópticos planares

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Canais de guia de onda fio de cobre

Condições: índice de refraçãomaior na guia do resto domaterial.

As guias de onda são feitas por deposição de material sobre o topo dosubstrato e posteriormente atacadoquimicamente para retirar o resto do material. Pode ser ao contrário tb, Fazendo os sulcos por ataque químicoe posteriormente preenchido com material da guia de onda

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Outra guia de onda

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Guia de onda em LiNbO3

• Tiras de Ti depositado no padrão de guia de onda desejado sobre substrato de LiNbO3 puro

• Aquecimento => difusão• Obtenção de guia de onda semicircular

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Phase Shifter

A mudança de fase vem unicamente do efeito Pockels, campo elétrico provocado através dos dois fios de ouro, que fazem a mudança do índice de refração. Tem sido obtidos moduladores de até 40Gb/s.

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SAW = Surface Acoustic Wave

Dispositivos acusto-ópticos são fabricados por processos fotolitográficos

Tipicamente consiste de dois conjuntos de transdutores interdigitais.

Um transdutor converte a energia do sinal elétrico em energia mecânica ondulatória.

O outro transdutor faz o processo reverso.

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Diferentes arranjos dos

eletrodos

IDT =InterDigital Transducer

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SAW

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SAW+fibra = demux = dispositivo integrado

Conversor de polarização acusto-óptico

dispoptic 2013http://fb6www.uni-paderborn.de/ag/ag-sol/research/acousto/convert.htm

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Filtros TE e TM

Y2O3 = 17nm

Al = 100nm

Comprimento = 1,5mm extinção 20dB TM e 0,5dB atenuação TE

Troca de Li por H

Região H aumenta ne

no diminui

TE se acopla na região H, extinção 25dB

TM atenua 1dB

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Materiais eletro-ópticos

Table 1. Electro-Optic Materials  

Material AbbreviationChemical Formula

Transmission Range (mm)

Bandwidth (MHz)

Index ofRefraction

no,ne atwavelength

(mm)

Ammonium dihydrogen phosphate

ADP NH4H2PO4 0.3 - 1.2 to 5001.51, 1.47

at 1.06

Potassiumdihydrogen phosphate

KDP KH2PO4 0.25 - 1.7 > 1001.51, 1.47

at 0.55

Potassium dideuterium phosphate

KD*P KD2PO4 0.3 - 1.1 to 3501.49, 1.46

at 1.06

Lithium niobate LN LiNbO3 0.5 - 2 to 80002.23, 2.16

at 1.06

Lithium tantalate — LiTaO3 0.4 - 1.1 to 10002.14, 2.143

at 1.00

Cadmium telluride

— CdTe 2 - 16 to 1000no = 2.6

at 10

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Table 2. Acousto-Optic Materials

MaterialChemical formula

Spectral range (mm)

Figure of merit M2

(10- 15 m2/W)

Bandwidth (MHz)

Typical drive

power (W)

IndexofRefraction

AcousticVelocity(m/sec)

Fused silica/quartz

SiO2 0.3 - 1.5 1.6 to 20 61.46

(634,3 nm)5900

Gallium arsenide

GaAs 1.0 - 11 104 to 350 13.37

(1.15 mm)5340

Gallium phosphide

GaP 0.59 - 1.0 45 to 1000 503.31

(1.15 mm)6320

Germanium Ge 2.5 - 15 840 to 5 504.0

(10.6 mm)5500

Lead molybdate

PbMoO4 0.4 - 1.2 50 to 50 1 - 22.26

(633 nm)3630

Telluriumdioxide

TeO2 0.4 - 5 35 to 300 1 - 22.26

(633 nm)4200

Lithiumniobate

L6Nb03 0.5-2 7 > 300 50-1002.20

(633nm)6570

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Dispositivos

• Podem ser fabricados sobre substratos planares usando processos litográficos comuns e tecnologia de filmes finos.

• Litografia por feixe de elétrons ou por laser • Métodos epitaxiais para fabricação de fontes, detectores

e circuitos opto-eletrônicos.• AsGa, Si, InP

ramificação

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Acoplamentos

Acopladores direcionais como ramificadorespor acoplamento de ondas evanescentes entre acopladores adjacentes

Acoplador por reflexão de Bragg

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Chaveamento

Interferômetro Mach-Zehnder

Aquecedor (ms) ou onda acústica (piezo) (ms) ou sinal elétrico num dos braços

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Outro tipo de chaveamento

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MZI com filtro de Bragg

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Algumas aplicações

• Filtros

• MUX/DEMUX

• Chaveadores

• Amplificadores ópticos

• Acopladores

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O que transferir e como

Meta com óptica integrada

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Materiais

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Materiais

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Componentes fotônicos integrados

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Mais componentes fotônicos

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Filtro sintonizável com SAW

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EDFA integrado

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Outros processos

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Comparando duas formas de fazer litografia

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Escrita direta com laser• Spot ~1 - 5um • Tightly Focuses,

modulated He-Cd or Argon-ion laser scanned across photresists surface

• Up to 256 phase levels

• Serial Process • Difficult to

accurately transfer structure into substrate

• Direct ablation of polyimide layer on substrate using an excimer laser is also possible

• Pattern can be transferred to a VHOE by processing in a 4f optical processor.

VHOE(volume holographic optical element)

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Processo de photoresist para litografia

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Recobrimento do photoresist por spinner

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Método de replicação

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Fontes de luz em litografia

G-line 436nm

I-line 365nm

KrF Excimer 248nm

ArF Excimer 193nm

EUV < 13nm

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Dispositivos MEMS e MOEMS

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Fotônica

• Ciência e tecnologia baseada em e relacionada com o controle e processamento de radiação eletromagnética, fóton de luz, incorporando óptica – eletrônica - ciência dos materiais – laser – memória – processamentos.

• É o equivalente óptico da eletrônica

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Links

• Photolithography Overview for MEMS http://www.youtube.com/watch?v=1bxf9QRVesQ

• MEMS Programs at DARPA L43ME219.pdf• NANO - Lithography Seminar Report.mp4 • Chip Manufacturing Process - Philips Factory.mp4• Semiconductor Technology at TSMC, 2011.mp4• Amazing video - How the 22nm computer chips are mad

e from si.mp4

DARPA = Defense Advanced Research Projects Agency

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Fazer Litografia Trabalhando em qq Sala?

Sala limpa

• Qualidade, temperatura e umidade do ar altamente

controlada para evitar contaminação, e.g.:

Centros cirúrgicos (aquela estória de infecção hospitalar)

Laboratórios de processamentos litográficos

• Remoção de partículas e impurezas, inclusive bactérias,

através de processos de filtragem

• Classificação de Sala Limpa:

Americano: Federal Standard 209

Europeu: ISO 14644-1

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Classes de sala limpa, padrão Americano

Número máximo de partículas no ar (partículas por pé cúbico de ar)

ClasseTamanho da Partícula

0.1 μm 0.2 μm 0.3 μm 0.5 μm 5.0 μm

1 35 7.5 3 1

10 350 75 30 10

100 750 300 100

1,000 1,000 7

10,000 10,000 70

100,000 100,000 700

http://www.engineeringtoolbox.com/clean-rooms-d_932.html

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Classes de sala limpa, padrão ISO

CLASS Número de partículas por metro cúbico por tamanho micrométrico

  0.1 um 0.2 um 0.3 um 0.5 um 1 um 5 um

ISO 1 10 2        

ISO 2 100 24 10 4    

ISO 3 1,000 237 102 35 8  

ISO 4 10,000 2,370 1,020 352 83  

ISO 5 100,000 23,700 10,200 3,520 832 29

ISO 6 1,000,000 237,000 102,000 35,200 8,320 293

ISO 7       352,000 83,200 2,930

ISO 8       3,520,000 832,000 29,300

ISO 9       35,200,000 8,320,000 293,000

http://www.particle.com/whitepapers_met/Cleanroom%20Standards.htm

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Outras normas ISO para sala limpa

ISO Document Title

ISO-14644-1 Classification of Air Cleanliness

ISO-14644-2 Cleanroom Testing for Compliance

ISO-14644-3 Methods for Evaluating & Measuring Cleanrooms & Associated Controlled Environments

ISO-14644-4 Cleanroom Design & Construction

ISO-14644-5 Cleanroom Operations

ISO-14644-6 Terms, Definitions & Units

ISO-14644-7 Enhanced Clean Devices

ISO-14644-8 Molecular Contamination

ISO-14698-1 Biocontamination: Control General Principles

ISO-14698-2 Biocontamination: Evaluation & Interpretation of Data

ISO-14698-3 Biocontamination: Methodology for Measuring Efficiency of Cleaning Inert Surfaces

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Tamanhos de partículas (mm)

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Outra representação dos tamanhos

HEPA = high efficiency particulate air

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Mais uma geral

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Com que roupa vou?

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MEMS = Micro Electro Mechanical System

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Engrenagens - acaro

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Situação atual

Design Fabricação

Vendas de substratos Mascaras

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MEMS @ NIST

http://mems.nist.gov/

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Detecção de fluorescência

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MEMS compatible micro-GRIN lenses for fiberto chip coupling of light

• Michael Zickar, Wilfried Noell, Cornel Marxer, Nico de Rooij. Institute of Microtechnology (IMT), University of Neuchatel, Switzerland

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Acoplamento lente grin –fibra óptica

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Novos materiais óptica integrada

http://www.solgel.com/articles/june01/owghyb.asp

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Outro sistema

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Microfone óptico

Fig. 1: optical principle

Fig. 2: basic build-up

Structuring the optical fibers to produce a prism by polishing the chip

optical work bench with discrete optical components

Integrated optics like lenses, prisms and waveguides

http://www.imt.tu-bs.de/imt/en/institut/mitarb/feldmann/projekte/mikrofon

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Próxima Aula Cristais Fotônicos