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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
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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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dispoptic 2013 81
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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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
