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1 Resumo aula anterior Modulação Eletromecânica – chopper Eletro-óptica Efeito Pockel Efeito Kerr Magneto-óptica Efeito Faraday Magneto-Kerr Acusto-óptica.

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1 1 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 Apresentação de Jhonas sobre Modulação Eletro-óptica dispoptic 2013

2 Aula de Hoje Mais algumas sobre modulação óptica Litografia e processos litográficos Alguns dispositivos integrados MEMS E MOEMS Sala limpa 2dispoptic 2013

3 3 Eletro-óptico Pockel e Kerr Pockel Kerr dispoptic 2013

4 4 Magnetooptical Kerr Effect = MOKE dispoptic 2013

5 5 O passo a passo da litografia Basic Lithography TutorialVer em: e procurar por Basic Lithography Tutorial é um java script com animação. dispoptic 2013

6 6 SPM lithography dispoptic 2013

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9 9 Litografia de imersão Limite de resolução para litografia é usando a eq de Rayleigh: W é a largura da linha impressa. Onde k 1 é o fator de resolução, é o comprimento de onda da radiação de exposição e NA é a apertura numérica. A colocação de água aumenta a NA (nsen ) dispoptic 2013

10 10 Litografia de imersão dispoptic 2013

11 11 Imersão dispoptic 2013

12 Existem vários tipos de processos litográficos Feixe de elétrons com MEV EUV => UV Distante SPL => Scanning Probe Lithography Raio-X Mas dispoptic 2013

13 13dispoptic 2013

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21 Independente da forma como é realizada.... Observar o produto final objetivo dos efeitos que desejamos 21dispoptic 2013

22 22 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 dispoptic 2013

23 23 Canais de guia de onda fio de cobre Condições: índice de refração maior na guia do resto do material. As guias de onda são feitas por deposição de material sobre o topo do substrato e posteriormente atacado quimicamente para retirar o resto do material. Pode ser ao contrário tb, Fazendo os sulcos por ataque químico e posteriormente preenchido com material da guia de onda dispoptic 2013

24 24 Outra guia de onda dispoptic 2013

25 25 Guia de onda em LiNbO 3 Tiras de Ti depositado no padrão de guia de onda desejado sobre substrato de LiNbO 3 puro Aquecimento => difusão Obtenção de guia de onda semicircular dispoptic 2013

26 26 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. dispoptic 2013

27 27 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. dispoptic 2013

28 28 Diferentes arranjos dos eletrodos IDT =InterDigital Transducer dispoptic 2013

29 29 SAW dispoptic 2013

30 30 SAW+fibra = demux = dispositivo integrado Conversor de polarização acusto-óptico dispoptic 2013

31 31 Filtros TE e TM Y 2 O 3 = 17nm Al = 100nm Comprimento = 1,5mm extinção 20dB TM e 0,5dB atenuação TE Troca de Li por H Região H aumenta n e n o diminui TE se acopla na região H, extinção 25dB TM atenua 1dB dispoptic 2013

32 32 Materiais eletro-ópticos Table 1. Electro-Optic Materials MaterialAbbreviation Chemical Formula Transmission Range ( m) Bandwidth (MHz) Index of Refraction n o,n e at wavelength ( m) Ammonium dihydrogen phosphate ADPNH 4 H 2 PO to , 1.47 at 1.06 Potassium dihydrogen phosphate KDPKH 2 PO > , 1.47 at 0.55 Potassium dideuterium phosphate KD*PKD 2 PO to , 1.46 at 1.06 Lithium niobateLNLiNbO to , 2.16 at 1.06 Lithium tantalateLiTaO to , at 1.00 Cadmium telluride CdTe2 - 16to 1000 n o = 2.6 at 10 dispoptic 2013

33 33 Table 2. Acousto-Optic Materials Material Chemical formula Spectral range ( m) Figure of merit M 2 ( m 2 /W) Bandwidt h (MHz) Typical drive power (W) Index of Refraction Acoustic Velocity (m/sec) Fused silica/quartz SiO to (634,3 nm) 5900 Gallium arsenide GaAs to (1.15 m) 5340 Gallium phosphide GaP to (1.15 m) 6320 GermaniumGe to (10.6 m) 5500 Lead molybdate PbMoO to (633 nm) 3630 Tellurium dioxide TeO to (633 nm) 4200 Lithium niobate L 6 Nb > (633nm) 6570

34 34 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 dispoptic 2013

35 35 Acoplamentos Acopladores direcionais como ramificadores por acoplamento de ondas evanescentes entre acopladores adjacentes Acoplador por reflexão de Bragg dispoptic 2013

36 36 Chaveamento Interferômetro Mach-Zehnder Aquecedor (ms) ou onda acústica (piezo) ( s) ou sinal elétrico num dos braços dispoptic 2013

37 37 Outro tipo de chavea mento dispoptic 2013

38 38 MZI com filtro de Bragg dispoptic 2013

39 39 Algumas aplicações Filtros MUX/DEMUX Chaveadores Amplificadores ópticos Acopladores dispoptic 2013

40 40 O que transferir e como dispoptic 2013 Meta com óptica integrada

41 41 Materiais dispoptic 2013

42 42 Materiais dispoptic 2013

43 43 Componentes fotônicos integrados dispoptic 2013

44 44 Mais componentes fotônicos dispoptic 2013

45 45 Filtro sintonizável com SAW dispoptic 2013

46 46 EDFA integrado dispoptic 2013

47 47 Outros processos dispoptic 2013

48 48 Comparando duas formas de fazer litografia dispoptic 2013

49 49 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)

50 50 Processo de photoresist para litografia dispoptic 2013

51 51 Recobrimento do photoresist por spinner dispoptic 2013

52 52 Método de replicação dispoptic 2013

53 53 Fontes de luz em litografia G-line 436nm I-line 365nm KrF Excimer 248nm ArF Excimer 193nm EUV < 13nm dispoptic 2013

54 54 Dispositivos MEMS e MOEMS dispoptic 2013

55 55 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 dispoptic 2013

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65 Links Photolithography Overview for MEMS 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 made from si.mp4Amazing video - How the 22nm computer chips are made from si.mp4 dispoptic DARPA = Defense Advanced Research Projects AgencyDefense Advanced Research Projects Agency

66 dispoptic 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

67 67 Classes de sala limpa, padrão Americano Número máximo de partículas no ar (partículas por pé cúbico de ar) Classe Tamanho da Partícula 0.1 μm0.2 μm0.3 μm0.5 μm5.0 μm , , , dispoptic 2013

68 68 Classes de sala limpa, padrão ISO CLASSNúmero de partículas por metro cúbico por tamanho micrométrico 0.1 um0.2 um0.3 um0.5 um1 um5 um ISO 1102 ISO ISO 31, ISO 410,0002,3701, ISO 5100,00023,70010,2003, ISO 61,000,000237,000102,00035,2008, ISO 7 352,00083,2002,930 ISO 8 3,520,000832,00029,300 ISO 9 35,200,0008,320,000293,000 dispoptic 2013

69 69 Outras normas ISO para sala limpa ISO DocumentTitle ISO Classification of Air Cleanliness ISO Cleanroom Testing for Compliance ISO Methods for Evaluating & Measuring Cleanrooms & Associated Controlled Environments ISO Cleanroom Design & Construction ISO Cleanroom Operations ISO Terms, Definitions & Units ISO Enhanced Clean Devices ISO Molecular Contamination ISO Biocontamination: Control General Principles ISO Biocontamination: Evaluation & Interpretation of Data ISO Biocontamination: Methodology for Measuring Efficiency of Cleaning Inert Surfaces dispoptic 2013

70 70 Tamanhos de partículas ( m) dispoptic 2013

71 71 Outra representação dos tamanhos HEPA = high efficiency particulate airparticulate dispoptic 2013

72 72 Mais uma geral dispoptic 2013

73 73 Com que roupa vou? dispoptic 2013

74 74dispoptic 2013

75 75dispoptic 2013

76 76dispoptic 2013

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79 79dispoptic 2013

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81 81 MEMS = Micro Electro Mechanical System dispoptic 2013

82 82 Engrenagens - acaro dispoptic 2013

83 83 Situação atual DesignFabricação Vendas de substratosMascaras dispoptic 2013

84 84 NIST

85 85 Detecção de fluorescência dispoptic 2013

86 86 MEMS compatible micro-GRIN lenses for fiber to chip coupling of light Michael Zickar, Wilfried Noell, Cornel Marxer, Nico de Rooij. Institute of Microtechnology (IMT), University of Neuchatel, Switzerland dispoptic 2013

87 87 Acoplamento lente grin –fibra óptica dispoptic 2013

88 88 Novos materiais óptica integrada dispoptic 2013

89 89 Outro sistema dispoptic 2013

90 90 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 dispoptic 2013

91 91 Próxima Aula Cristais Fotônicos dispoptic 2013


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