No presente trabalho foi realizado um estudo da viabilidade de integrar dois dispositivos ópticos: micro-lâmpadas incandescentes e filtros interferenciais com o objetivo de construir um dispositivo único com características próprias. A fabricação destes dispositivos ópticos foi feita utilizando materiais dielétricos, obtidos por deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD), e usando técnicas convencionais de microeletrônica desenvolvidas neste laboratório. São apresentadas simulações numéricas, processo de fabricação e caracterização de cada um dos dois dispositivos ópticos assim como a caracterização do dispositivo óptico integrado obtido. As micro-lâmpadas incandescentes foram fabricadas a partir de um filamento de cromo, isolado do meio ambiente por duas camadas dielétricas de oxinitreto de silício, sendo alimentado eletricamente com uma tensão contínua com a finalidade de aumentar a temperatura do filamento até atingir a incandescência. Com a finalidade de reduzir a dissipação térmica nessa região, o filamento foi projetado e construído para ficar suspenso através de uma corrosão anisotrópica parcial do substrato de silício. Por outro lado, os filtros interferenciais foram fabricados sobre substratos de vidro a partir de uma série de camadas depositadas por PECVD alternadas de Si3N4 e SiO2, com espessuras de 240 e 340 nm e índices de refração de 1.91 e 1.46 respectivamente, com a finalidade de produzir picos de atenuação na transmitância da luz na região do visível do espectro eletromagnético. Foram construídos filtros com 9, 11 e 13 camadas. Os resultados deste trabalho mostraram que é possível realizar a integração eficiente destes dois dispositivos ópticos para produzir uma fonte luminosa que permite a filtragem de uma determinada faixa de comprimentos de onda. Foi demonstrado também que tanto a largura da faixa, como a região de filtragem, podem ser controladas através do índice de refração, espessuras e número de camadas constituintes do filtro interferencial. Os resultados das simulações numéricas mostraram-se bastante coerentes com os resultados experimentais obtidos. / In the present work was realized a study of the viability of integrating two optical devices: incandescent micro-lamps and interferometric filters with the intention of obtaining a single device with specific characteristics. The fabrication of these optical devices was made using dielectric materials, obtained by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and using conventional microelectronics techniques developed at this laboratory. Numeric simulations, fabrication process and characterization of each one of the two optical devices as well as the characterization of the obtained integrated optical device are presented. The incandescent microlamps were fabricated from a chromium filament, isolated from the environment by two dielectric silicon oxynitride layers, which is powered electrically with a continuous voltage with the purpose of increasing the temperature of the filament to reach the incandescence. With the purpose of reducing the thermal dissipation in that area, the filament was designed and fabricated to be suspended through a partial anisotropic etch of the silicon substrate. On the other hand, the interferometric filters were fabricated on glass substrates starting from a series of alternate Si3N4 and SiO2 layers deposited by PECVD, with thickness of 240 and 340 nm and refraction indexes of 1.91 and 1.46 respectively, with the purpose of producing light transmittance attenuation peaks in the visible region of the electromagnetic spectrum. Filters were fabricated with 9, 11 and 13 layers. The results of this work showed that it is possible to develop the efficient integration of these two optical devices to produce a luminous source that it allows the filtering of a certain range of wavelengths. It was also demonstrated that, the bandwidth as well as the filtering area, can be controlled through the refraction index, thickness and number of constituent layers of the interferometric filter. The results of the numeric simulations showed to be quite coherent with the obtained experimental results.

Neste trabalho é apresentada a simulação, fabricação e caracterização de filtros interferenciais empregando películas dielétricas amorfas depositadas pela técnica de deposição a vapor assistida por plasma (PECVD) sobre substratos de silício e de Corning Glass (7059). Os dispositivos ópticos foram construídos usando-se processos padrões de microeletrônica e consistiram em camadas periódicas com espessura e índice de refração apropriados para produzir picos da atenuação na transmitância da luz na região visível. Simulações numéricas precedentes foram realizadas baseando-se nas características ópticas das películas dielétricas. Para a caracterização dos filtros interferenciais, uma luz monocromática de um laser de He-Ne, foi injetada nos filtros e a luz obtida na saída foi conduzida então a um detector. O filtro depositado sobre Corning Glass (chamado de filtro vertical) e o filtro depositado sobre silício com cavidades (chamado de filtro suspenso) foram montados sobre dispositivos térmicos e angulares de modo a medir suas respostas à variação angular e térmica. Também, o filtro depositado sobre silício (chamado de filtro horizontal) foi montado sobre um dispositivo térmico, a fim de medir sua resposta à temperatura. Quando os filtros são submetidos a uma mudança na temperatura, uma variação do índice de refração devido ao efeito termo-óptico produz um deslocamento nos picos da atenuação, que podem ser previstos por simulações numéricas. Esta característica permite que estes dispositivos sejam usados como sensores termo-ópticos. Por outro lado, quando o filtro vertical e o filtro suspenso são submetidos a variações angulares entre a normal ao plano do filtro e o feixe de laser, uma variação na potência da luz de saída é produzida. Esta característica permite que estes dispositivos sejam usados como sensores angulares. / In this work, we present the simulation, fabrication and characterization of filters employing amorphous dielectric films deposited by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) technique on crystalline silicon and Corning Glass (7059) substrates. The optical devices were fabricated using standard microelectronic processes and consisted of periodic layers with appropriated thickness and refractive indexes to produce transmittance attenuation peaks in the visible region. For this, previous numerical simulations were realized based in the optical parameters of the dielectric films. For the characterization of the optical interferential filters, a monochromatic light, a He-Ne laser, was projected onto the filters and the transmitted output light was then conducted to a detector. The optical filters were produced on Corning Glass (here called vertical filter) and on silicon substrates. The silicon substrate was etch in KOH solution to form cavities and suspend part of the filter (here called suspended filter). The vertical and suspended filters were mounted on thermo and angular devices that allowed the measurement of the optical power as a function of temperature and angle changes. A second type of filter deposited over a silicon substrate (here called horizontal filter) was mounted on thermoelectric device, in order to control the temperature responses. When the filters are submitted to a change in temperature, a variation of the refractive index is originated in the dielectric film due to the thermo-optic effect (TOE), producing a shift in the attenuation peaks, which can be well predicted by numerical simulations. This characteristic allows these devices to be used as thermo-optic sensors. On the other hand, when the vertical filter and the suspended filter were subjected to an angular shift between the filter\'s normal and the laser, a variation of the output optical power is originated. This characteristic allows these devices to be used as angular sensors.

No presente trabalho foi realizado um estudo da viabilidade de integrar dois dispositivos ópticos: micro-lâmpadas incandescentes e filtros interferenciais com o objetivo de construir um dispositivo único com características próprias. A fabricação destes dispositivos ópticos foi feita utilizando materiais dielétricos, obtidos por deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD), e usando técnicas convencionais de microeletrônica desenvolvidas neste laboratório. São apresentadas simulações numéricas, processo de fabricação e caracterização de cada um dos dois dispositivos ópticos assim como a caracterização do dispositivo óptico integrado obtido. As micro-lâmpadas incandescentes foram fabricadas a partir de um filamento de cromo, isolado do meio ambiente por duas camadas dielétricas de oxinitreto de silício, sendo alimentado eletricamente com uma tensão contínua com a finalidade de aumentar a temperatura do filamento até atingir a incandescência. Com a finalidade de reduzir a dissipação térmica nessa região, o filamento foi projetado e construído para ficar suspenso através de uma corrosão anisotrópica parcial do substrato de silício. Por outro lado, os filtros interferenciais foram fabricados sobre substratos de vidro a partir de uma série de camadas depositadas por PECVD alternadas de Si3N4 e SiO2, com espessuras de 240 e 340 nm e índices de refração de 1.91 e 1.46 respectivamente, com a finalidade de produzir picos de atenuação na transmitância da luz na região do visível do espectro eletromagnético. Foram construídos filtros com 9, 11 e 13 camadas. Os resultados deste trabalho mostraram que é possível realizar a integração eficiente destes dois dispositivos ópticos para produzir uma fonte luminosa que permite a filtragem de uma determinada faixa de comprimentos de onda. Foi demonstrado também que tanto a largura da faixa, como a região de filtragem, podem ser controladas através do índice de refração, espessuras e número de camadas constituintes do filtro interferencial. Os resultados das simulações numéricas mostraram-se bastante coerentes com os resultados experimentais obtidos. / In the present work was realized a study of the viability of integrating two optical devices: incandescent micro-lamps and interferometric filters with the intention of obtaining a single device with specific characteristics. The fabrication of these optical devices was made using dielectric materials, obtained by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and using conventional microelectronics techniques developed at this laboratory. Numeric simulations, fabrication process and characterization of each one of the two optical devices as well as the characterization of the obtained integrated optical device are presented. The incandescent microlamps were fabricated from a chromium filament, isolated from the environment by two dielectric silicon oxynitride layers, which is powered electrically with a continuous voltage with the purpose of increasing the temperature of the filament to reach the incandescence. With the purpose of reducing the thermal dissipation in that area, the filament was designed and fabricated to be suspended through a partial anisotropic etch of the silicon substrate. On the other hand, the interferometric filters were fabricated on glass substrates starting from a series of alternate Si3N4 and SiO2 layers deposited by PECVD, with thickness of 240 and 340 nm and refraction indexes of 1.91 and 1.46 respectively, with the purpose of producing light transmittance attenuation peaks in the visible region of the electromagnetic spectrum. Filters were fabricated with 9, 11 and 13 layers. The results of this work showed that it is possible to develop the efficient integration of these two optical devices to produce a luminous source that it allows the filtering of a certain range of wavelengths. It was also demonstrated that, the bandwidth as well as the filtering area, can be controlled through the refraction index, thickness and number of constituent layers of the interferometric filter. The results of the numeric simulations showed to be quite coherent with the obtained experimental results.

Neste trabalho é apresentada a simulação, fabricação e caracterização de filtros interferenciais empregando películas dielétricas amorfas depositadas pela técnica de deposição a vapor assistida por plasma (PECVD) sobre substratos de silício e de Corning Glass (7059). Os dispositivos ópticos foram construídos usando-se processos padrões de microeletrônica e consistiram em camadas periódicas com espessura e índice de refração apropriados para produzir picos da atenuação na transmitância da luz na região visível. Simulações numéricas precedentes foram realizadas baseando-se nas características ópticas das películas dielétricas. Para a caracterização dos filtros interferenciais, uma luz monocromática de um laser de He-Ne, foi injetada nos filtros e a luz obtida na saída foi conduzida então a um detector. O filtro depositado sobre Corning Glass (chamado de filtro vertical) e o filtro depositado sobre silício com cavidades (chamado de filtro suspenso) foram montados sobre dispositivos térmicos e angulares de modo a medir suas respostas à variação angular e térmica. Também, o filtro depositado sobre silício (chamado de filtro horizontal) foi montado sobre um dispositivo térmico, a fim de medir sua resposta à temperatura. Quando os filtros são submetidos a uma mudança na temperatura, uma variação do índice de refração devido ao efeito termo-óptico produz um deslocamento nos picos da atenuação, que podem ser previstos por simulações numéricas. Esta característica permite que estes dispositivos sejam usados como sensores termo-ópticos. Por outro lado, quando o filtro vertical e o filtro suspenso são submetidos a variações angulares entre a normal ao plano do filtro e o feixe de laser, uma variação na potência da luz de saída é produzida. Esta característica permite que estes dispositivos sejam usados como sensores angulares. / In this work, we present the simulation, fabrication and characterization of filters employing amorphous dielectric films deposited by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) technique on crystalline silicon and Corning Glass (7059) substrates. The optical devices were fabricated using standard microelectronic processes and consisted of periodic layers with appropriated thickness and refractive indexes to produce transmittance attenuation peaks in the visible region. For this, previous numerical simulations were realized based in the optical parameters of the dielectric films. For the characterization of the optical interferential filters, a monochromatic light, a He-Ne laser, was projected onto the filters and the transmitted output light was then conducted to a detector. The optical filters were produced on Corning Glass (here called vertical filter) and on silicon substrates. The silicon substrate was etch in KOH solution to form cavities and suspend part of the filter (here called suspended filter). The vertical and suspended filters were mounted on thermo and angular devices that allowed the measurement of the optical power as a function of temperature and angle changes. A second type of filter deposited over a silicon substrate (here called horizontal filter) was mounted on thermoelectric device, in order to control the temperature responses. When the filters are submitted to a change in temperature, a variation of the refractive index is originated in the dielectric film due to the thermo-optic effect (TOE), producing a shift in the attenuation peaks, which can be well predicted by numerical simulations. This characteristic allows these devices to be used as thermo-optic sensors. On the other hand, when the vertical filter and the suspended filter were subjected to an angular shift between the filter\'s normal and the laser, a variation of the output optical power is originated. This characteristic allows these devices to be used as angular sensors.