Modulador eletro-óptico baseado em grafeno sobre guia de onda de nitreto de silício

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Shimabuko, Hilton Hiroaki
• Orientador(a): Saito, Lucia Akemi Miyazato
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
• Palavras-chave em Português: modulador óptico de grafeno; capacitor de grafeno; eletroabsorção; guia de onda de nitreto de silício
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/28604

Apesar do grafeno ter se demonstrado um material promissor como meio ativo em modulação eletro-óptica, ainda há desafios quanto à integração dele nos processos de fabricação de dispositivos em série no mesmo chip. Por exemplo, a baixa reprodutibilidade ao fabricar dispositivo em série simultaneamente, devido à falta de uniformidade e tamanho das áreas de grafeno disponíveis ou, ainda, devido à grande quantidade de resíduos provenientes dos processos de obtenção e transferência. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é o modelamento de uma estrutura capacitiva utilizando camadas de grafeno como placas paralelas separadas por uma camada dielétrica de Al2O3 sobre um guia de onda de nitreto de silício (Si3N4) visando a fabricação de múltiplos moduladores eletro-ópticos simultaneamente. Usando o princípio da eletroabsorção, foi possível ajustar a absorção óptica do dispositivo a ser construído sobre um guia de onda aplicando-se uma tensão elétrica. A escolha do guia de onda de Si3N4 ao invés do silício (que é mais comumente utilizado em telecomunicações) pode facilitar a construção em matriz, visto que com um índice de refração menor em 1550 nm, apresenta uma maior largura, provendo maior flexibilidade no alinhamento das etapas de fabricação e simplificando processos. A possibilidade de fabricação em matriz de dispositivos baseados em grafeno sobre guias de onda de Si3N4 é a principal contribuição deste projeto, tanto relacionada com o modelamento das dimensões do guia de onda quanto nas etapas de fabricação da estrutura capacitiva de grafeno. As simulações do dispositivo sobre o guia de onda de nitreto de silício foram feitas visando encontrar as dimensões do guia para atingir a maior interação do grafeno com o modo guiado, aumentando a absorção do dispositivo, sendo uma etapa inicial fundamental antes dos processos de fabricação. Foi considerada uma camada de 250 nm de espessura com índice de refração 1,48 como revestimento óptico, resultando num aumento considerável da interação do modo guiado com a estrutura capacitiva de grafeno e, consequentemente, aumentando a absorção, atingindo uma taxa de extinção de 39 dB, considerando 200 μm de comprimento do dispositivo. A partir do modelamento do guia de onda e da estrutura capacitiva, foi criada uma máscara para a construção desses guias de onda de acordo com as especificações da foundry Ligentec, por fim apresentando o design da matriz de dispositivos de grafeno sobre os guias de onda.