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Tesi etd-11162011-171857


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
ROSELLINI, SILVIA
URN
etd-11162011-171857
Title
Fabbricazione di un microsistema in silicio integrante cristalli fotonici monodimensionali e strutture di autoallineamento per le fibre ottiche di misura
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Supervisors
relatore Prof. Barillaro, Giuseppe
correlatore Ing. Surdo, Salvatore
Parole chiave
  • biosensori ottici
  • ottica integrata
  • micromachining elettrochimico
Data inizio appello
06/12/2011;
Consultabilità
Parziale
Data di rilascio
06/12/2051
Riassunto analitico
Negli ultimi anni l’interesse per l’ottica integrata è considerevolmente aumentato, grazie all’impiego di componenti ottici integrati, non solo nel settore delle telecomunicazioni ottiche ma anche in altri settori quali la sensoristica, la microfluidica, la biochimica e le microtecnologie.
Il principale obiettivo del presente lavoro di tesi è la realizzazione di un microsistema ottico in silicio integrante uno o più cristalli fotonici monodimensionali (CF1D) assieme a strutture autoallineanti per le fibre ottiche di misura.
I cristalli fotonici sono strutture naturali o artificiali caratterizzati da una disposizione periodica di materiali dielettrici in una, due, o tre dimensioni. La risoluzione delle equazioni di Maxwell in un cristallo fotonico evidenzia l’esistenza, in funzione di alcuni parametri della struttura (periodicità, spessore e costante dielettrica dei materiali), di un intervallo di lunghezze d’onda (photonic bandgap - PBG) in corrispondenza del quale la radiazione elettromagnetica non può propagarsi all’interno del cristallo.
La fabbricazione del suddetto microsistema è effettuata attraverso la tecnologia di microlavorazione elettrochimica (ECM) del silicio. Si tratta di una tecnologia per la microstrutturazione del silicio di tipo n mediante dissoluzione anodica dello stesso in soluzioni acquose a base di acido fluoridrico. In particolare, il processo di fabbricazione prevede due fasi principali: i) definizione del layout del microsistema, attraverso un passo litografico per il trasferimento di una determinata geometria delle strutture che compongono il microsistema (CF1D, strutture autoallineanti per le fibre ottiche) sulla superficie del substrato di silicio; ii) microlavorazione elettrochimica, che consiste in un passo di dissoluzione controllata del silicio per la realizzazione delle strutture costituenti il microsistema (CF1D, strutture autoallineanti per le fibre ottiche) all'interno del substrato di silicio. In particolare, la fase di microlavorazione elettrochimica prevede due distinti regimi di dissoluzione: i) regime anisotropo, durante il quale l’attacco elettrochimico è controllato in modo che a partire dal layout del microsistema definito sulla superficie del silicio sia possibile realizzare strutture verticali, funzionali (i.e. cristalli fotonici) o sacrificali, ad elevato aspect-ratio (rapporto fra altezza e larghezza delle strutture); ii) regime isotropo, durante il quale l’attacco elettrochimico è controllato in modo da rimuovere le strutture sacrificali dal substrato, grazie alla rimozione isotropa del silicio alla loro base, ed ottenere in tal modo le strutture autoallineanti per il posizionamento delle fibre ottiche senza modificare le geometrie delle strutture funzionali. Grazie alle proprietà avanzate della tecnologia ECM l'intero microsistema viene realizzato in un unico passo di microlavorazione elettrochimica.
I risultati ottenuti durante l’attività sperimentale e relativi alla fabbricazione del microsistema ottico, sono stati documentati mediante analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM). Tale analisi ha permesso di valutare la qualità del processo di fabbricazione soprattutto in termini morfologici quali il controllo submicrometrico delle due fasi di attacco elettrochimico, che permette di ottenere superfici microlavorate con rugosità superficiale dell’ordine di decine di nanometri, come richiesto nel caso di applicazioni ottiche.
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