O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de nanocompósitos de silício poroso/azul de metileno (PS/MB) utilizando-se substratos de silício macroporoso e mesoporoso para sua aplicação no monitoramento de gases orgânicos. Foram estudados processos de formação de PS/MB usando PS macroporoso e controlando o pH da solução. Os resultados obtidos indicam que a acidez da solução compromete a adsorção eficiente das moléculas de MB, sendo necessário a utilização de uma solução tampão para elevar o nível do pH. A necessidade de controlar o nível de pH da solução deve-se principalmente à característica ácida da superfície de PS recém formada, já que a superfície está constituída principalmente de ligações do tipo Si-Hx que são altamente hidrofóbicas. Os resultados da emissão fotoluminescente (PL) das estruturas de PS/MB em substrato de PS oxidado mostraram que a intensidade de emissão PL das moléculas de MB é mais intensa se comparada com a emissão das moléculas de MB em solução aquosa de baixa concentração. Esse resultado evidencia que a interação entre os elétrons p e a superfície do filme de PS otimiza a recombinação radiativa, minimizando possíveis caminhos não radiativos do estado excitado da molécula de MB. Adicionalmente, o resultado mostrou que as moléculas de MB adsorvidas sobre substratos de PS oxidados preservam suas características moleculares, atuando em forma monomérica. No caso de moléculas MB adsorvidas em substratos de PS não oxidados, os espectros de emissão PL mostraram que as moléculas de MB perderam sua identidade molecular formando, possivelmente, complexos na superfície do PS. Os resultados dos ensaios de adsorção das moléculas de MB em substratos de silício mesoporoso demonstraram ser mais eficientes quando o solvente utilizado foi o etanol, em condição de pH neutro. A monitoração de ambientes de vapores orgânicos foi efetuada através da resposta PL de uma estrutura de silício mesoporoso oxidado com moléculas de MB adsorvidas (Ox- PS/MB). Os resultados da emissão PL da estrutura Ox-PS/MB para os diferentes ambientes orgânicos apresentaram sinais de PL característicos para cada tipo de gás. Esses resultados mostraram o grande potencial de aplicação da estrutura Ox- PS/MB em um sistema de nariz óptico. / The objective of the present work is the porous silicon/methylene-blue (PS/MB) nanocomposite fabrication by using the macro-porous and mesoporous silicon substrate in order to be applied for organic solvent detection. The PS/MB formation process was studied PS/MB by using the macroporous silicon substrate by the pH value controlling of the solution moieties. The results showed that the acid condition of the solution compromises the efficiency of the MB adsorption wherever it was necessary to use the buffer in order to control the pH level of the solution. This additional process was a necessary condition because the fresh PS surface had had acid feature because the surface moieties at fresh PS are formed for the highly hydrophobic Si-Hx bonds. The PL spectra results from the PS/MB formed at oxidized PS substrate showed that the PL emission from the adsorbed MB molecules is more intense than the emission from the MB molecules in low concentrated solution. These results suggest that the PS surface and electrons p (in the MB) interaction minimizes the non-radioactive path for the excited state recombination of the MB molecules. Additionally this result showed that the adsorbed MB molecules preserved their molecular identity aging as a monomer moiety. In the case of the MB adsorbed at non-oxidized PS substrate, the PL spectra showed that the MB molecules lost their identity forming possible complex moieties at PS surface. The experimental results of the MB adsorption at the mesoporous silicon surface showed to be more efficient when the solution was ethanol at neutral pH value. The organic vapor ambient monitoring was made throughout the PL emission response of the Ox-PS/MB structure. These results showed that the PL emission had had the characteristic feature for each type of gas used in the experiment. These results showed the high potential application of the Ox-PS/MB structure in the optical nose system.

Neste trabalho, apresentamos um novo processo de fabricação para a obtenção de canaletas em V em substratos de silício monocristalino (100) para um acoplamento óptico utilizando siliceto de níquel como material de máscara. O filme de siliceto de níquel (10nm de espessura para 200 nm de nickel) foi obtido por processos de evaporação térmica e posterior recozimento a baixas temperaturas ( 200 e 250°C). As canaletas em V (com profundidade de 60 mm) foram fabricadas através do processo de corrosão anisotrópica, utilizando uma solução de KOH (27%-60°C). Durante este processo, a taxa de corrosão do substrato de silício pela solução de KOH foi estimada como sendo 33.1 micrômetros/h. A composição da camada de siliceto de níquel obtida foi investigada utilizando a técnica RBS, que nos forneceu a estequiometria Ni2Si. A rugosidade de filmes de níquel e de Ni2Si foi medida pela técnica AFM. Uma análise SEM foi feita com as canaletas e guias de onda obtidos. Após o processamento das canaletas em V, elas foram alinhadas com um guia de onda simples de teste para um futuro acoplamento óptico. / In this work, we present a new fabrication process to obtain V-grooves on monocrystaline silicon substrates (100) for optical coupling using nickel silicides as mask material. The nickel silicide film 10 nm thick for 200 nm of nickel thick) was obtained using thermal evaporation and annealing processes at low temperatures (200 and 250°C) as mask for alkaline solutions. Vgrooves (60 mm deep) were fabricated by anisotropic etching process, using a KOH (27%-60°) solution. During this process, the etch rate of the silicon substrate by the KOH solution was measured as 33.1 micrometers/h. The composition of the obtained nickel silicide layer was investigated using RBS technique, which supplied us the stoichiometric Ni2Si. The roughness of nickel and Ni2Si layers was measured by AFM technique. A SEM analysis was made with the obtained Vgrooves and waveguides. After processing the V-grooves, they were aligned with a simple waveguide for a future optical coupling.

O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de nanocompósitos de silício poroso/azul de metileno (PS/MB) utilizando-se substratos de silício macroporoso e mesoporoso para sua aplicação no monitoramento de gases orgânicos. Foram estudados processos de formação de PS/MB usando PS macroporoso e controlando o pH da solução. Os resultados obtidos indicam que a acidez da solução compromete a adsorção eficiente das moléculas de MB, sendo necessário a utilização de uma solução tampão para elevar o nível do pH. A necessidade de controlar o nível de pH da solução deve-se principalmente à característica ácida da superfície de PS recém formada, já que a superfície está constituída principalmente de ligações do tipo Si-Hx que são altamente hidrofóbicas. Os resultados da emissão fotoluminescente (PL) das estruturas de PS/MB em substrato de PS oxidado mostraram que a intensidade de emissão PL das moléculas de MB é mais intensa se comparada com a emissão das moléculas de MB em solução aquosa de baixa concentração. Esse resultado evidencia que a interação entre os elétrons p e a superfície do filme de PS otimiza a recombinação radiativa, minimizando possíveis caminhos não radiativos do estado excitado da molécula de MB. Adicionalmente, o resultado mostrou que as moléculas de MB adsorvidas sobre substratos de PS oxidados preservam suas características moleculares, atuando em forma monomérica. No caso de moléculas MB adsorvidas em substratos de PS não oxidados, os espectros de emissão PL mostraram que as moléculas de MB perderam sua identidade molecular formando, possivelmente, complexos na superfície do PS. Os resultados dos ensaios de adsorção das moléculas de MB em substratos de silício mesoporoso demonstraram ser mais eficientes quando o solvente utilizado foi o etanol, em condição de pH neutro. A monitoração de ambientes de vapores orgânicos foi efetuada através da resposta PL de uma estrutura de silício mesoporoso oxidado com moléculas de MB adsorvidas (Ox- PS/MB). Os resultados da emissão PL da estrutura Ox-PS/MB para os diferentes ambientes orgânicos apresentaram sinais de PL característicos para cada tipo de gás. Esses resultados mostraram o grande potencial de aplicação da estrutura Ox- PS/MB em um sistema de nariz óptico. / The objective of the present work is the porous silicon/methylene-blue (PS/MB) nanocomposite fabrication by using the macro-porous and mesoporous silicon substrate in order to be applied for organic solvent detection. The PS/MB formation process was studied PS/MB by using the macroporous silicon substrate by the pH value controlling of the solution moieties. The results showed that the acid condition of the solution compromises the efficiency of the MB adsorption wherever it was necessary to use the buffer in order to control the pH level of the solution. This additional process was a necessary condition because the fresh PS surface had had acid feature because the surface moieties at fresh PS are formed for the highly hydrophobic Si-Hx bonds. The PL spectra results from the PS/MB formed at oxidized PS substrate showed that the PL emission from the adsorbed MB molecules is more intense than the emission from the MB molecules in low concentrated solution. These results suggest that the PS surface and electrons p (in the MB) interaction minimizes the non-radioactive path for the excited state recombination of the MB molecules. Additionally this result showed that the adsorbed MB molecules preserved their molecular identity aging as a monomer moiety. In the case of the MB adsorbed at non-oxidized PS substrate, the PL spectra showed that the MB molecules lost their identity forming possible complex moieties at PS surface. The experimental results of the MB adsorption at the mesoporous silicon surface showed to be more efficient when the solution was ethanol at neutral pH value. The organic vapor ambient monitoring was made throughout the PL emission response of the Ox-PS/MB structure. These results showed that the PL emission had had the characteristic feature for each type of gas used in the experiment. These results showed the high potential application of the Ox-PS/MB structure in the optical nose system.

Neste trabalho, apresentamos um novo processo de fabricação para a obtenção de canaletas em V em substratos de silício monocristalino (100) para um acoplamento óptico utilizando siliceto de níquel como material de máscara. O filme de siliceto de níquel (10nm de espessura para 200 nm de nickel) foi obtido por processos de evaporação térmica e posterior recozimento a baixas temperaturas ( 200 e 250°C). As canaletas em V (com profundidade de 60 mm) foram fabricadas através do processo de corrosão anisotrópica, utilizando uma solução de KOH (27%-60°C). Durante este processo, a taxa de corrosão do substrato de silício pela solução de KOH foi estimada como sendo 33.1 micrômetros/h. A composição da camada de siliceto de níquel obtida foi investigada utilizando a técnica RBS, que nos forneceu a estequiometria Ni2Si. A rugosidade de filmes de níquel e de Ni2Si foi medida pela técnica AFM. Uma análise SEM foi feita com as canaletas e guias de onda obtidos. Após o processamento das canaletas em V, elas foram alinhadas com um guia de onda simples de teste para um futuro acoplamento óptico. / In this work, we present a new fabrication process to obtain V-grooves on monocrystaline silicon substrates (100) for optical coupling using nickel silicides as mask material. The nickel silicide film 10 nm thick for 200 nm of nickel thick) was obtained using thermal evaporation and annealing processes at low temperatures (200 and 250°C) as mask for alkaline solutions. Vgrooves (60 mm deep) were fabricated by anisotropic etching process, using a KOH (27%-60°) solution. During this process, the etch rate of the silicon substrate by the KOH solution was measured as 33.1 micrometers/h. The composition of the obtained nickel silicide layer was investigated using RBS technique, which supplied us the stoichiometric Ni2Si. The roughness of nickel and Ni2Si layers was measured by AFM technique. A SEM analysis was made with the obtained Vgrooves and waveguides. After processing the V-grooves, they were aligned with a simple waveguide for a future optical coupling.