Estudo de guias de onda de prata e aplicações em dispositivos plasmônicos

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Inácio, Patrícia Loren
• Orientador(a): Pereira, Marcelo Barbalho
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/67837

A troca iônica é uma técnica simples, e com baixo custo, empregada para modificar a estrutura de vidros. Íons de um sal aquecido, como o Ag+, são trocados por íons presentes na região superficial do vidro (Na+), o qual é seguido por um processo de difusão destes íons. Como resultado, estes vidros podem ser utilizados na produção de dispositivos para óptica integrada como, por exemplo, guias de onda. Porém, mesmo esta técnica e seus processos sendo bem fundamentados na literatura, há ainda nichos não explorados. Guias de onda de prata sofrem um processo, o qual se preferiu denominar de “envelhecimento”, onde os guias expostos ao ar (temperatura ambiente) modificaram sua coloração devido à formação de uma camada recobrindo suas superfícies. Na presente Tese busca-se investigar esse “envelhecimento” através de diversas técnicas ópticas e não ópticas de caracterização, visando a determinação da composição e estrutura da camada formada. Para tanto, foram preparadas amostras com tempos de 5, 30 e 120min de troca iônica usando um sal composto de NaNO3 e 5% molar de AgNO3 a 350 ºC em vidros soda-lime. A evolução do envelhecimento foi acompanhada por espectrofotometria e elipsometria espectral durante 35 dias. Adicionalmente, as amostras foram também caracterizadas usando as técnicas de RBS, EDS, XPS, ToF-SIMS, TEM, Linhas-M e AFM. Estas técnicas mostraram que o envelhecimento dos guias envolve inicialmente um processo de migração dos íons, alterando o guiamento de luz e causando o surgimento de 1 modo adicional nas amostras com tempos de troca iônica de 30min e 120min. Após os íons atingirem a superfície do guia, eles se agregam formando nanopartículas de prata e paralelamente há também interação dessas nanopartículas com o ar ambiente, provocando a formação de Ag2O. Com isso, há o crescimento de uma camada com alta absorbância de luz no espectro visível, formada por uma mescla de nanopartículas de prata e óxido, tendo espessuras variando entre 1 a mais de 20 nm, dependendo dos tempos de troca iônica e de exposição ao ar ambiente. O envelhecimento, ao contrário de ser visto como um aspecto negativo, pode ser utilizado como um novo template para aplicações em plasmônica, tendo custos de fabricação baixos e envolvendo um número pequeno de processos de baixa complexidade. Para demonstrar sua aplicabilidade à plasmônica, são apresentadas duas aplicações. A primeira envolvendo a ampliação de sinais de Raman da molécula de prova Rodamina 6G adsorvida, a chamada espectroscopia SERS. A segunda foi a fabricação de redes de difração holográficas (57 mm de período e eficiência de 0,5%), usando 3 pulsos de 2,2 mJ de um laser Nd:YAG Q-Switched. Esta rede pode ser facilmente apagada, reduzindo o óxido de prata em prata metálica, via um tratamento térmico a 80 ºC e o template pode ser preparado novamente para processamento via uma nova oxidação, demonstrando assim sua versatilidade.