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Tese

Investigation of the fs-micromachining process in GaN and diamond (2021)

  • Authors:
  • Autor USP: NOLASCO, LUCAS KONAKA - EESC
  • Unidade: EESC
  • Sigla do Departamento: SMM
  • Subjects: ÓPTICA NÃO LINEAR; DIAMANTE; SEMICONDUTORES
  • Keywords: Diamante CVD; Efeito de incubação; Microfabricação
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: Materiais semicondutores são essenciais para o desenvolvimento de novas tecnologias em dispositivos optoeletrônicos e fotônicos. Dentre esse tipo de material, o diamante e o GaN se destacam devido a sua banda larga e interessantes propriedades eletrônicas e térmicas. Dentre as várias técnicas de processamento de materiais, a microfabricação via pulsos de femtossegundos é empregada devido a sua alta precisão e habilidade de fabricar microestruturas tanto na superfície como no volume de materiais. Portanto, nesta dissertação nós estudamos os aspectos fundamentais do processo de microfabricação via pulsos de femtossegundos no GaN e diamante CVD em 343, 515 e 1030 nm. Mais especificamente, examinamos o efeito de incubação: o limiar de fluência de dano (fluência mínima necessária para causar dano na superfície de um dado material) decresce com o aumento do número de pulsos de femtossecundos aplicados num mesmo ponto. A fluência de limiar foi determinada através do método de dano zero, o qual consiste em aplicar perfis de intensidades Gaussianos com energias distintas na superfície de um material. Assim, as curvas de incubação foram obtidas para ambas amostras e ajustadas pelo modelo de defeito exponencial, o qual previu corretamente a saturação da fluência de limiar na região de alta sobreposição de pulsos. Esse modelo ainda indica, através do parâmetro de incubação (k), a eficiência pelo qual a fluência atinge a sua saturação: quanto maior o seu valor, menos pulsossão necessários. Para a amostra de GaN, k = (0.4 ± 0.2) em 343 nm, k = (0.07 ± 0.01) em 515 nm e k = (0.02 ± 0.01) para o caso do infravermelho (1030 nm). No diamante CVD: k = (0.13 ± 0.04) no UV (343 nm), k = (0.3 ± 0.1) para o verde (515 nm) e k = (0.14 ± 0.03) para a excitação em 1030 nm. Um modelo teórico, que assume que apenas a absorção multifotônica e avalanche ocorrem, foi utilizado com o intuito de comparar os resultados simulados da fluência de limiar de um pulso único com os dados experimentais obtidos. Através de uma simulação numérica baseada neste modelo, nós determinamos os valores da fluência de limiar de nado do GaN para todos os comprimentos de onda, resultando numa concordância satisfatória com a maioria dos dados experimentais, exceto em 1030 nm. Tal discrepância foi explicada pela determinação do parâmetro de Keldysh, que indicou que tanto a absorção via tunelamento quanto multifotônica estão presentes neste comprimento de onda no GaN -ớum processo não considerado pelo modelo. Já para o diamante, também estabelecemos bons resultados para a excitação em UV (343 nm) e verde (515 nm), mas devido à falta de dados sobre a secção de choque de absorção de cinco fótons (necessários para a simulação) na literatura, nós recorremos a um método alternativo utilizando o mesmo modelo para determinar a secção de choque de absorção de cinco fótons do diamante(ớ5), resultando em ớ5 = 5×10-¹⁷⁰ m¹⁰ s4 fóton-⁴, o que está de bom acordo com assecções encontradas na literatura de outros materiais. Desse modo, este estudo pode se provar ser importante para a melhora da técnica de microfabricação via pulsos de femtosegundos tanto no GaN quanto no diamante
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 19.02.2021
    • Acesso à fonte
    How to cite
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    • ABNT

      NOLASCO, Lucas Konaka. Investigation of the fs-micromachining process in GaN and diamond. 2021. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-22042021-165900/. Acesso em: 19 abr. 2024.

    • APA

      Nolasco, L. K. (2021). Investigation of the fs-micromachining process in GaN and diamond (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-22042021-165900/

    • NLM

      Nolasco LK. Investigation of the fs-micromachining process in GaN and diamond [Internet]. 2021 ;[citado 2024 abr. 19 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-22042021-165900/

    • Vancouver

      Nolasco LK. Investigation of the fs-micromachining process in GaN and diamond [Internet]. 2021 ;[citado 2024 abr. 19 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-22042021-165900/

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