Artificial magnetic materials (AMMs) are a type of metamaterials which are engineered to exhibit desirable magnetic properties not found in nature. AMMs are realized by embedding electrically small metallic resonators aligned in parallel planes in a host dielectric medium. In the presence of a magnetic field, an electric current is induced on the inclusions leading to the emergence of an enhanced magnetic response inside the medium at the resonance frequency of the inclusions. AMMs with negative permeability are used to develop single negative, or double negative metamaterials. AMMs with enhanced positive permeability are used to provide magneto-dielectric materials at microwave or optical frequencies where the natural magnetic materials fail to work efficiently. Artificial magnetic materials have proliferating applications in microwave and optical frequency region. Such applications include inversely refracting the light beam, invisibility cloaking, ultra miniaturizing and frequency bandwidth enhancing low profile antennas, planar superlensing, super-sensitive sensing, decoupling proximal high profile antennas, and enhancing solar cells efficiency, among others. AMMs have unique enabling features that allow for these important applications. Fundamental limitations on the performance of artificial magnetic materials have been derived. The first limitation which depends on the generic model of permeability functions expresses that the frequency dispersion in an AMM is limited by the desired operational bandwidth. The other constraints are derived based on the geometrical limitations of inclusions. These limitations are calculated based on a circuit model. Therefore, a formulation for permeability and magnetic susceptibility of the media based on a circuit model is developed. The formulation is in terms of a geometrical parameter that represents the geometrical characteristics of the inclusions such as area, perimeter and curvature, and a physical parameter that represents the physical, structural and fabrication characteristics of the medium. The effect of the newly introduced parameters on the effective permeability of the medium and the magnetic loss tangent are studied. In addition, the constraints and relations are used to methodically design artificial magnetic material meeting specific operational requirements. A novel design methodology based on an introduced analytical formulation for artificial magnetic material with desired properties is implemented. The synthesis methodology is performed in an iterative four-step algorithm. In the first step, the feasibility of the design is tested to meet the fundamental constraints. In consecutive steps, the geometrical and physical factors which are attributed to the area and perimeter of the inclusion are synthesized and calculated. An updated range of the inclusion's area and perimeter is obtained through consecutive iterations. Finally, the outcome of the iterative procedure is checked for geometrical realizability. The strategy behind the design methodology is generic and can be applied to any adopted circuit based model for AMMs. Several generic geometries are introduced to realize any combination of geometrically realizable area and perimeter (s,l) pairs. A realizable geometry is referred to a contour that satisfies Dido's inequality. The generic geometries introduced here can be used to fabricate feasible AMMs. The novel generic geometries not only can be used to enhance magnetic properties, but also they can be configured to provide specific permeability with desired dispersion function over a certain frequency bandwidth with a maximum magnetic loss tangent. The proposed generic geometries are parametric contours with uncorrelated perimeter and area function. Geometries are configured by tuning parameters in order to possess specified perimeter and surface area. The produced contour is considered as the inclusion's shape. The inclusions are accordingly termed Rose curve resonators (RCRs), Corrugated rectangular resonators (CRRs) and Sine oval resonators (SORs). Moreover, the detailed characteristics of the RCR are studied. The RCRs are used as complementary resonators in design of the ground plane in a microstrip stop-band filter, and as the substrate in design of a miniaturized patch antenna. The performance of new designs is compared with the counterpart devices, and the advantages are discussed.

Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2007. / Clear procedures for designing dielectric resonator oscillators (DROs) are presented in this thesis, including built examples to validate these design procedures. Both series and parallel feedback DROs are discussed and the procedures for building them are presented. Two examples at different frequencies for each type of DRO are constructed and tested with the results shown. The first is at a frequency of approximately 6.22 GHz and the second for the higher frequency of 11.2 GHz. The DROs for the desired frequencies are designed using the Microwave Office (MWO) software by AWR with the design based on the small-signal model (scattering parameters). Oscillators are produced using the negative resistance method. The circuit achieves low noise by using a dielectric resonator with a high Q factor. Both the series and parallel feedback DRO circuits can be mechanically tuned around the resonant frequency to maximize performance.

Cette thèse étudie la conception, la fabrication et la caractérisation de micro-disques de carbure de silicium sur substrat de silicium conçus pour opérer du proche au moyen infrarouge. Nous étudions une approche simple mais efficace permettant de supprimer les modes de galerie d'ordre supérieur tout en préservant le facteur de qualité du mode fondamental. Cette suppression, utile par exemple pour la génération de peignes de fréquence se base simplement sur la sous-gravure du pilier de silicium et est aisément transposable à d'autres plateformes ou longueurs d'onde. Le premier chapitre est une introduction générale aux micro-résonateurs à modes de galerie dans lequel nous décrivons la physique extrêmement riche de ces structures. Le deuxième chapitre se concentre sur les micro-disques de SiC à proprement parler. Nous commençons par une introduction générale du matériau puis nous simulons la propagation de la lumière dans les résonateurs pour concevoir des structures innovantes. En utilisant l'indice de réfraction optique supérieur du Si à celui du SiC, nous montrons qu'il est possible de supprimer les modes radiaux d'ordre supérieur. Nous traitons ensuite brièvement des étapes de fabrication. Le troisième chapitre regroupe les expériences réalisées sur les micro-disques. Des premières caractérisations par couplage évanescent dans le proche infrarouge permettent d'identifier les modes de galerie du résonateur. Ensuite, des caractérisations sur des disques de sous-gravure inférieure mettent en évidence la suppression des modes d'ordre supérieur. Nous réalisons enfin une étude thermo-optique du matériau afin de valider son emploi à forte puissance et haute température, des régimes dans lesquels le SiC se démarque des autres matériaux d'optique intégrée. Pour terminer, nous consacrons le dernier chapitre aux perspectives pour l'optique non-linéaire et le moyen infrarouge où nous proposons une étude de l’ingénierie de la dispersion qui doit nous permettre, à l’avenir, de réaliser des sources de type peigne de fréquence. / This Ph.D. thesis studies the design, fabrication and characterization of silicon carbide micro-disks on top of silicon designed to operate from the near to the mid-IR. We study a simple but efficient approach leading to the suppression of higher order whispering gallery modes while preserving the fundamental mode's quality factor. This suppression, typically useful for frequency comb generation is simply based of the silicon pillar under etching and can be easily transferred to other material platforms and wavelengths. The first chapter is a general introduction of whispering gallery mode micro-resonator in which we describe the extremely complex and diverse physics of these structures. The second chapter is focused on SiC micro-disks themselves. We begin with a general introduction of the material to continue by simulating light propagation inside these resonators to be able to design innovative structures. Using the higher optical refractive index of silicon compared to the one of silicon carbide, we demonstrate that it is possible to suppress higher radial modes. We then briefly describe the fabrication processes. The third chapter gather the experimental studies lead on the micro-disks. First characterizations by evanescent coupling in the near infrared enable us to identify the whispering gallery modes inside the resonator. Characterization on micro-disks with smaller under-etching then enables us to demonstrate the higher suppression. We finally lead a thermo-optic study of the material to validate its compatibility to high power and high temperature regimes in which SiC stand out from other integrated optics materials. Finally, the last chapter is dedicated to non-linear optics and mid-infrared perspectives. We propose a dispersion study that, we hope, should enable the generation of Kerr frequency combs sources in a near future.

Este trabalho visou ao desenvolvimento de antenas de ressoador dielétrico de banda dupla em frequências de micro-ondas por meio do estabelecimento de uma metodologia de projeto para as mesmas e da proposição de configurações inéditas de antenas desse tipo. Estudos realizados sobre antenas de ressoador dielétrico e sobre suas técnicas de projeto forneceram a base para a elaboração de um procedimento de projeto para antenas de banda dupla que explora a flexibilidade das antenas de ressoador dielétrico. Empregando-se esse procedimento de projeto, duas antenas com configurações originais foram desenvolvidas para operar em frequências de micro-ondas. Uma delas é uma antena de ressoador dielétrico cilíndrica sobre plano de terra, destinada a operar nas frequências centrais de 3,94 GHz e de 5,42 GHz, com diagrama de radiação direcional e polarização circular na primeira banda de operação e com diagrama de radiação omnidirecional e polarização linear na segunda. A outra antena consiste em uma antena de ressoador dielétrico cilíndrica sobre substrato dielétrico aterrado, cujas frequências centrais de operação são 3,99 GHz e 6,20 GHz, com diagrama de radiação direcional e polarização circular em ambas as bandas de operação. O projeto das duas antenas também levou a contribuições novas adicionais em alguns temas específicos relacionados: estruturas de excitação para antenas de ressoador dielétrico, circuitos acopladores híbridos de 90° de banda dupla, circuitos de alimentação para antenas de banda dupla e modelos matemáticos para o ressoador dielétrico cilíndrico isolado no espaço livre. Os comportamentos previstos teoricamente para as antenas projetadas são confirmados por meio de resultados obtidos por simulação eletromagnética e por medição experimental, o que indica a validade das hipóteses adotadas, das configurações de antena propostas e da metodologia de projeto concebida, demonstrando também a flexibilidade desta para variadas especificações de antena. Os avanços obtidos com este trabalho e as melhorias que podem ser efetuadas sobre o mesmo são identificados examinando-se resultados recentemente publicados na literatura técnica. Este trabalho foi realizado na forma de uma pesquisa de doutorado sanduíche, desenvolvida parcialmente na University of Houston sob a supervisão do Prof. Stuart A. Long. / This work aimed at the development of microwave dual-band dielectric resonator antennas by means of establishing a design methodology for them and of proposing novel configurations of this antenna type. Studies on dielectric resonator antennas and on their design techniques provided the ground for elaborating a design procedure for dual-band antennas that exploits the flexibility of dielectric resonator antennas. By employing this design procedure, two antennas with original configurations have been developed for operation at microwave frequencies. One of them is a cylindrical dielectric resonator antenna on a ground plane, intended for operation at the center frequencies of 3.94 GHz and 5.42 GHz, with a directional radiation pattern and circular polarization in the first operating band and with an omnidirectional radiation pattern and linear polarization in the second one. The other antenna consists of a cylindrical dielectric resonator antenna on a grounded dielectric substrate, whose operating center frequencies are 3.99 GHz and 6.20 GHz, with a directional radiation pattern and circular polarization in both operating bands. The design of the two antennas also led to additional new contributions in some related specific subjects: excitation structures for dielectric resonator antennas, dual-band 90°-hybrid couplers, feeding circuits for dual-band antennas, and mathematical models for the cylindrical dielectric resonator isolated in free space. The behaviors theoretically expected for the designed antennas are confirmed by means of results obtained from electromagnetic simulation and from experimental measurements, which indicates the validity of the assumed hypotheses, of the proposed antenna configurations and of the conceived design methodology, also demonstrating the flexibility of the latter for various antenna specifications. The advances obtained with this work and the improvements that can be made on it are identified by examining results recently published in the technical literature. This work was carried out as a sandwich doctoral research, developed at the University of Houston under the supervision of Prof. Stuart A. Long.

Os estados emaranhados da luz são de grande importância para protocolos de comunicação quântica. Uma das principais fontes que vem sendo estudada no Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz - LMCAL é o oscilador paramétrico ótico (OPO) no qual, através de processos paramétricos não lineares de segunda e terceira ordem (x(2) e x(3)), são produzidos feixes intensos que apresentam correlações quânticas. Recentemente, o LMCAL vem explorando o processo de mistura de quatro ondas (fenômeno derivado da susceptibilidade de terceira ordem x(3)) como fonte geradora de feixes emaranhados. Inicialmente, foi realizado a partir de células de rubídio e agora, em colaboração com o grupo de pesquisa da Profa. Michal Lipson da Universidade de Columbia, em chips de nitreto de silício (Si3N4); permitindo assim possibilidades de modulação ultra-rápida, confinamento de luz em volumes muito reduzidos, além da ótica não-linear do OPO. O presente projeto visa estudar as propriedades quânticas da luz nos OPOs em chips de silício, permitindo que sistemas muito eficientes em informação clássica possam ser usados também para implementação de protocolos de informação quântica. / Entangled States of light beams are of great importance for quantum communication protocols. One of the most relevant source of such states which is being studied at the Laboratory of Coherent Manipulation of Atoms and Light - LMCAL (in portuguese) is the Optical Parametric Oscillator (OPO) which through second and third order nonlinear parametric processes (x(2) and x(3)) produces intense fields that have quantum correlations. Recently, LMCAL is exploring four-wave mixing (FWM), a third-order nonlinear parametric process, as a source of entangled beams. Initially, on rubidium cells and now, in collaboration with Prof. Michal Lipson from the Columbia University, on silicon nitride (Si3N4) chips; opening a new avenue for ultrafast modulation, light confinement in reduced light volumes, as well as the nonlinear optics of the OPO. This project is intended to study quantum properties of light of on-chip OPOs in order to achieve the integration of these highly efficient devices for implementations of quantum information protocols.

Este trabalho visou ao desenvolvimento de antenas de ressoador dielétrico de banda dupla em frequências de micro-ondas por meio do estabelecimento de uma metodologia de projeto para as mesmas e da proposição de configurações inéditas de antenas desse tipo. Estudos realizados sobre antenas de ressoador dielétrico e sobre suas técnicas de projeto forneceram a base para a elaboração de um procedimento de projeto para antenas de banda dupla que explora a flexibilidade das antenas de ressoador dielétrico. Empregando-se esse procedimento de projeto, duas antenas com configurações originais foram desenvolvidas para operar em frequências de micro-ondas. Uma delas é uma antena de ressoador dielétrico cilíndrica sobre plano de terra, destinada a operar nas frequências centrais de 3,94 GHz e de 5,42 GHz, com diagrama de radiação direcional e polarização circular na primeira banda de operação e com diagrama de radiação omnidirecional e polarização linear na segunda. A outra antena consiste em uma antena de ressoador dielétrico cilíndrica sobre substrato dielétrico aterrado, cujas frequências centrais de operação são 3,99 GHz e 6,20 GHz, com diagrama de radiação direcional e polarização circular em ambas as bandas de operação. O projeto das duas antenas também levou a contribuições novas adicionais em alguns temas específicos relacionados: estruturas de excitação para antenas de ressoador dielétrico, circuitos acopladores híbridos de 90° de banda dupla, circuitos de alimentação para antenas de banda dupla e modelos matemáticos para o ressoador dielétrico cilíndrico isolado no espaço livre. Os comportamentos previstos teoricamente para as antenas projetadas são confirmados por meio de resultados obtidos por simulação eletromagnética e por medição experimental, o que indica a validade das hipóteses adotadas, das configurações de antena propostas e da metodologia de projeto concebida, demonstrando também a flexibilidade desta para variadas especificações de antena. Os avanços obtidos com este trabalho e as melhorias que podem ser efetuadas sobre o mesmo são identificados examinando-se resultados recentemente publicados na literatura técnica. Este trabalho foi realizado na forma de uma pesquisa de doutorado sanduíche, desenvolvida parcialmente na University of Houston sob a supervisão do Prof. Stuart A. Long. / This work aimed at the development of microwave dual-band dielectric resonator antennas by means of establishing a design methodology for them and of proposing novel configurations of this antenna type. Studies on dielectric resonator antennas and on their design techniques provided the ground for elaborating a design procedure for dual-band antennas that exploits the flexibility of dielectric resonator antennas. By employing this design procedure, two antennas with original configurations have been developed for operation at microwave frequencies. One of them is a cylindrical dielectric resonator antenna on a ground plane, intended for operation at the center frequencies of 3.94 GHz and 5.42 GHz, with a directional radiation pattern and circular polarization in the first operating band and with an omnidirectional radiation pattern and linear polarization in the second one. The other antenna consists of a cylindrical dielectric resonator antenna on a grounded dielectric substrate, whose operating center frequencies are 3.99 GHz and 6.20 GHz, with a directional radiation pattern and circular polarization in both operating bands. The design of the two antennas also led to additional new contributions in some related specific subjects: excitation structures for dielectric resonator antennas, dual-band 90°-hybrid couplers, feeding circuits for dual-band antennas, and mathematical models for the cylindrical dielectric resonator isolated in free space. The behaviors theoretically expected for the designed antennas are confirmed by means of results obtained from electromagnetic simulation and from experimental measurements, which indicates the validity of the assumed hypotheses, of the proposed antenna configurations and of the conceived design methodology, also demonstrating the flexibility of the latter for various antenna specifications. The advances obtained with this work and the improvements that can be made on it are identified by examining results recently published in the technical literature. This work was carried out as a sandwich doctoral research, developed at the University of Houston under the supervision of Prof. Stuart A. Long.

Construímos um arranjo experimental para o estudo de ressonadores acústicos, que tem sido considerados como análogos clássicos de bilhares quânticos. O equipamento mantém estabilidade durante vários dias, o que é uma condição necessária para a obtenção de espectros de autofreqüências com a resolução requerida para a caracterização precisa destes sistemas. Caracterizamos 7 amostras, que são placas de alumínio com espessura < 2 mm e que possuem as seguintes geometrias: dois estádios de Sinai, com e sem dessimetrização planar; três triângulos sendo um equilátero, um retângulo e outro escaleno, este com todos os ângulos agudos e irracionais em unidades de ; além de duas amostras circulares, com e sem dessimetrização planar. Observamos que três amostras apresentam estatísticas GOE, uma 2GOE, uma semi-Poisson, uma Poisson com perda de níveis, e outra aparentemente intermediária entre a GOE e a 2GOE, que nao foi possível classificar. A qualidade dos dados também permitiu a obtenção das energias dos espectros, onde obtivemos resultados coerentes com a classificação a / We have built an experimental apparatus to study acoustic resonators which have been considered as classical analogs of quantum billiards. The equipment was able to keep the stability during several days, which is a requirement to the precise eigenfrequency measurements allowing a characterization of the systems. We have characterized 7 samples made of aluminum plates with thickness smaller than 2 mm having the following geometries: two Sinai\'s stadiums (with and without planar symmetry), an equilateral triangle, a rectangle triangle, and a scalene triangle with three acute and irrational angles, and two circular shaped samples, with and without planar symmetry. We observed that three of the samples followed the GOE statistics (the asymmetrical Sinai stadium, the rectangle triangle and the scalene one). The asymmetrical Sinai stadium was described by 2GOE statistics, the equilateral triangle by the semi-Poisson, the symmetrical circle by a Poisson with missing levels and the asymmetrical circle has statistics apparently between 1GOE and 2GOE which was not possible to classify. The high quality of data allowed us to calculate the spectra energies and we found these results compatible with the previous one.

Cheng Sin-hang. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2002. / Includes bibliographical references (leaves 90-92). / Abstracts in English and Chinese. / Chapter Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter Chapter 2 --- Theory of Oscillator Design --- p.4 / Chapter 2.1 --- Open-loop approach --- p.4 / Chapter 2.2 --- One-port approach --- p.6 / Chapter 2.3 --- Two-port approach --- p.9 / Chapter 2.4 --- Voltage controlled oscillator (VCO) design --- p.10 / Chapter 2.4.1 --- Active device selection and biasing --- p.11 / Chapter 2.4.2 --- Feedback circuit design --- p.15 / Chapter 2.4.3 --- Frequency tuning circuit --- p.20 / Chapter Chapter 3 --- Noise in Oscillators --- p.23 / Chapter 3.1 --- Origin of phase noise --- p.23 / Chapter 3.2 --- Impact of phase noise in communication system --- p.28 / Chapter 3.3 --- Phase noise consideration in VCO design --- p.30 / Chapter Chapter 4 --- Low Temperature Co-Fired Ceramic --- p.31 / Chapter 4.1 --- LTCC process --- p.31 / Chapter 4.1.1 --- LTCC fabrication process --- p.32 / Chapter 4.1.2 --- LTCC materials --- p.34 / Chapter 4.1.3 --- Advantages of LTCC technology --- p.35 / Chapter 4.2 --- Passive components realization in LTCC --- p.37 / Chapter 4.2.1 --- Capacitor --- p.37 / Chapter 4.2.2 --- Inductor --- p.42 / Chapter Chapter 5 --- High-Q LTCC Resonator Design --- p.47 / Chapter 5.1 --- Definition of Q-factor --- p.47 / Chapter 5.2 --- Stripline --- p.50 / Chapter 5.3 --- Power losses --- p.52 / Chapter 5.4 --- Laminated stripline resonator design --- p.53 / Chapter 5.4.1 --- λ/4 resonator structure --- p.57 / Chapter 5.4.2 --- Meander-line resonator structure --- p.60 / Chapter 5.4.3 --- Bi-metal-layer resonator structure --- p.63 / Chapter Chapter 6 --- LTCC Voltage Controlled Oscillator Design --- p.67 / Chapter 6.1 --- Circuit design --- p.67 / Chapter 6.2 --- Output filter --- p.68 / Chapter 6.3 --- Embedded capacitor --- p.71 / Chapter 6.4 --- VCO layout and simulation --- p.72 / Chapter Chapter 7 --- Experimental Setup and Results --- p.77 / Chapter 7.1 --- Measured Result: LTCC resonators --- p.77 / Chapter 7.1.1 --- Experimental results --- p.79 / Chapter 7.2 --- Measured results: LTCC voltage controlled oscillators --- p.83 / Chapter Chapter 8 --- Conclusion and Future Work --- p.88 / Reference List --- p.90 / Appendix A: TRL calibration method --- p.93 / Appendix B: Q measurement --- p.103 / Appendix C: Q-factor extraction program listing --- p.109 / Chapter 1. --- Function used to calculate Q from s-parameter --- p.109 / Chapter 2. --- Function used to calculate Q from z-parameter --- p.111

A miniaturização de elementos mecânicos como pontes e vigas por meio de processos de fabricação antes utilizados exclusivamente em microeletrônica, levou ao desenvolvimento de sensores físicos que hoje são onipresentes no dia-dia. Desses elementos, o cantilever, ou viga engastada, é a estrutura mais simples, porém, quando miniaturizado em escala micrométrica, suas propriedades mecânicas como frequência de ressonância e curvatura são muito sensíveis a eventos que ocorrem em sua superfície. Stresses superficiais mínimos, como aqueles gerados pela adsorção de monocamadas na superfície, causam deflexões em uma escala que é facilmente medida com técnicas relativamente simples. Além disso, a frequência de ressonância que é característica da estrutura, é proporcional à mudanças relativas de massa do dispositivo, sendo possível assim, a medida de massa em baixíssimas escalas. Nesse trabalho, estudou-se a utilização do microcantilever como uma plataforma para estudo de materiais, mais especificamente, materiais poliméricos. Depositando-se uma quantidade muito pequena de polímero na superfície de um microcantilever de silício, essa estrutura se curvará devido à diferenças nos coeficientes de expansão térmico entre os materiais. Medindo-se essa curvatura em função da temperatura, é possível detectar eventos térmicos que esse polímero venha sofrer. Esse efeito foi utilizado para estudar como a absorção de água afeta o evento térmico de transição vítrea do polímero PLGA. Observou-se que essa caracterização é muito mais rápida utilizando microcantilever se comparado às técnicas convencionais, além de ser também, muito sensível às variações de quantidade de água. Para a realização desses estudos, foi desenvolvido um sistema de medidas que utiliza pick-up de CDROM, retirada de um leitor comum, para medir a deflexão dos dispositivos. Esse tipo de arranjo é capaz de medir diferenças de nanômetros de deslocamento com um custo mínimo. Explorou-se a capacidade de controle de temperatura e leitura de deslocamento aplicando-se a técnica de modulação de temperatura nos estudos de eventos térmicos do PLGA. Observou-se que a modulação de temperatura é aplicável a esse tipo de medida e resultados muito semelhantes àqueles obtidos com técnicas convencionais são obtidos com uma quantidade muito menor de material. Como essas medidas foram realizadas utilizando sensores comerciais, realizamos a construção de matrizes de cantileveres no laboratório para demonstrar completo desenvolvimento desse tipo de plataforma de sensor. Empregando um polímero fotossensível relativamente novo para o desenvolvimento dessas matrizes, às utilizamos para caracterizações das propriedades mecânicas desse material. / The miniaturization of mechanical elements such as bridges or beams employing fabrication process previously used exclusively in microelectronics, resulted in the development of ubiquous physical sensors used today. The cantilever, or single supported beam is the most simple of these structures, but, when miniaturizated in the micrometer scale, the properties of the structure are highly dependent on events that takes place in its surface. Minimal superficial stresses like the ones generated by the adsorption of monolayers causes deflection of the structure in a scale that are easily measured by simple techniques. Moreover, the resonant frequency is highly dependent on relative mass changes of the device, making it a very sensitive microbalance. In this work, it was studied the application of microcantilevers as a platform for the study of materials properties, more specifically thermal analysis of polymeric material. When a very small quanitity of polymer is deposited in the surface of a silicon microcantilever, the structure will bend due to the mismatch of thermal expansion between the materials. Measuring the beam curvature in function of temperature enables the detection of thermal events suffered by the polymer. This effect was used to measure how the water absorption by the polymer affect the glass transition thermal event of the PLGA polymer. It was observed that this technique is faster if compared to traditional thermal chracterization techniques. To enable those characterizations, it was developed a measurement systems based on CDROM pick-up that can read the nanometer scale cantilever deflection with a minimum cost. The full capabilities of this system was then used to apply temperature modulation to the thermal studies of PLGA, we observed similar responses if compared to traditional approaches but with much less material use. Comercial sensors were used on these characterization, but, to present complet domain of cantilever sensor platform, we developed a fabrication process of polymeric cantilever array at the lab. These arrays were then used to extract mechanical information about the polymer used in its construction.

A miniaturização de elementos mecânicos como pontes e vigas por meio de processos de fabricação antes utilizados exclusivamente em microeletrônica, levou ao desenvolvimento de sensores físicos que hoje são onipresentes no dia-dia. Desses elementos, o cantilever, ou viga engastada, é a estrutura mais simples, porém, quando miniaturizado em escala micrométrica, suas propriedades mecânicas como frequência de ressonância e curvatura são muito sensíveis a eventos que ocorrem em sua superfície. Stresses superficiais mínimos, como aqueles gerados pela adsorção de monocamadas na superfície, causam deflexões em uma escala que é facilmente medida com técnicas relativamente simples. Além disso, a frequência de ressonância que é característica da estrutura, é proporcional à mudanças relativas de massa do dispositivo, sendo possível assim, a medida de massa em baixíssimas escalas. Nesse trabalho, estudou-se a utilização do microcantilever como uma plataforma para estudo de materiais, mais especificamente, materiais poliméricos. Depositando-se uma quantidade muito pequena de polímero na superfície de um microcantilever de silício, essa estrutura se curvará devido à diferenças nos coeficientes de expansão térmico entre os materiais. Medindo-se essa curvatura em função da temperatura, é possível detectar eventos térmicos que esse polímero venha sofrer. Esse efeito foi utilizado para estudar como a absorção de água afeta o evento térmico de transição vítrea do polímero PLGA. Observou-se que essa caracterização é muito mais rápida utilizando microcantilever se comparado às técnicas convencionais, além de ser também, muito sensível às variações de quantidade de água. Para a realização desses estudos, foi desenvolvido um sistema de medidas que utiliza pick-up de CDROM, retirada de um leitor comum, para medir a deflexão dos dispositivos. Esse tipo de arranjo é capaz de medir diferenças de nanômetros de deslocamento com um custo mínimo. Explorou-se a capacidade de controle de temperatura e leitura de deslocamento aplicando-se a técnica de modulação de temperatura nos estudos de eventos térmicos do PLGA. Observou-se que a modulação de temperatura é aplicável a esse tipo de medida e resultados muito semelhantes àqueles obtidos com técnicas convencionais são obtidos com uma quantidade muito menor de material. Como essas medidas foram realizadas utilizando sensores comerciais, realizamos a construção de matrizes de cantileveres no laboratório para demonstrar completo desenvolvimento desse tipo de plataforma de sensor. Empregando um polímero fotossensível relativamente novo para o desenvolvimento dessas matrizes, às utilizamos para caracterizações das propriedades mecânicas desse material. / The miniaturization of mechanical elements such as bridges or beams employing fabrication process previously used exclusively in microelectronics, resulted in the development of ubiquous physical sensors used today. The cantilever, or single supported beam is the most simple of these structures, but, when miniaturizated in the micrometer scale, the properties of the structure are highly dependent on events that takes place in its surface. Minimal superficial stresses like the ones generated by the adsorption of monolayers causes deflection of the structure in a scale that are easily measured by simple techniques. Moreover, the resonant frequency is highly dependent on relative mass changes of the device, making it a very sensitive microbalance. In this work, it was studied the application of microcantilevers as a platform for the study of materials properties, more specifically thermal analysis of polymeric material. When a very small quanitity of polymer is deposited in the surface of a silicon microcantilever, the structure will bend due to the mismatch of thermal expansion between the materials. Measuring the beam curvature in function of temperature enables the detection of thermal events suffered by the polymer. This effect was used to measure how the water absorption by the polymer affect the glass transition thermal event of the PLGA polymer. It was observed that this technique is faster if compared to traditional thermal chracterization techniques. To enable those characterizations, it was developed a measurement systems based on CDROM pick-up that can read the nanometer scale cantilever deflection with a minimum cost. The full capabilities of this system was then used to apply temperature modulation to the thermal studies of PLGA, we observed similar responses if compared to traditional approaches but with much less material use. Comercial sensors were used on these characterization, but, to present complet domain of cantilever sensor platform, we developed a fabrication process of polymeric cantilever array at the lab. These arrays were then used to extract mechanical information about the polymer used in its construction.