La scattéromètrie requiert le calcul de la réponse optique de structures périodiques. Parmi les méthodes numériques de calcul électromagnétique de la diffraction par des réseaux, la méthode la plus couramment utilisée est la Méthode Modale de Fourier (FMM). Celle cis'avère peu efficace pour la caractérisation de structures très isolées ou très denses et peut même ne pas marcher du tout. L'objectif de cette thèse est de dépasser les limitations de la FMM. Nous restons dans le cadre des méthodes modales mais nous explorons de nouvelles voies en utilisant des bases de développement différentes qui ne présentent pas les inconvénients des bases de Fourier. Tout d'abord, nous avons introduit les fonctions B-spline qui sont le premier pas vers l'analyse multi-résolution avec les ondelettes splines. Nous avons formulé le problème de la diffraction par un réseau 1D comme un problème aux valeurs propres que nous avons résolu numériquement à l'aide de la méthode de Galerkin. Nous avons étudié en détail l'importance de la discrétisation par rapport aux discontinuités de la fonction permittivité. Ensuite, nous avons introduit les ondelettes et l'analyse à plusieurs niveaux de détails pour le problème de diffraction. La thèse contient une palette variée d'exemples numériques concernant des réseaux diélectriques et métalliques. Nous avons comparé soigneusement la convergence de nos méthodes avec celle d?autres méthodes, notamment avec la FMM. Nous avons montré que l'analyse multirésolution permet de traiter des cas pour lesquels la FMM échoue. / The scatterometry requires calculating the optical response of periodic structures. Among the numerical methods for calculating electromagnetic diffraction by gratings, the most commonly used is the Fourier Modal Method (FMM). This seems to be ineffective for characterizing structures very isolated or very dense and can even fail. The objective of this thesis is to overcome the limitations of the FMM. We remain within the framework of modal methods but we are exploring new ways of using different bases of development that do not have the drawbacks of Fourier bases. First, we introduced the B-spline functions which are the first step towards multi-resolution analysis with wavelet splines. We formulated the problem of diffraction by a 1D grating as an eigenvalue problem that we solved numerically using the Galerkin method. We studied in detail the importance of the discretization compared to the discontinuities of permittivity function. Then we introduced the wavelet analysis at multiple levels of detail for the diffraction problem. The thesis contains a diversity of numerical examples concerning dielectric and metal gratings. We have carefully compared the convergence of our methods with that of other methods, especially with the FMM. We showed that multiresolution analysis can deal with cases where the FMM fails.

Litografia óptica é o processo pelo qual os padrões desenhados pelos projetistas de circuitos integrados são transferidos para o wafer através de ondas de luz. Com a miniaturização dos componentes, aumenta cada vez mais a discrepância entre os padrões projetados e o que é realmente impresso. Tal fato ocorre porque as dimensões dos padrões são menores do que o comprimento de onda utilizado para imprimi-los. Desta forma, é imprescindível que se saiba ou se tenha uma aproximação do que será impresso antes da fabricação dos circuitos para eliminar possíveis defeitos, através da utilização de técnicas de melhoramento de resolução. Essa aproximação é obtida através de simuladores de litografia óptica, que possuem o grande desafio de obter uma aproximação em um tempo viável. Sendo assim, neste trabalho apresentamos o problema de litografia óptica e seu embasamento matemático, bem como técnicas para implementar um simulador litográfico de forma eficiente. Tais técnicas foram utilizadas para o desenvolvimento do simulador Lithux. E, também apresentamos brevemente, técnicas de melhoramento de resolução, onde muitas utilizam simuladores de litografia para reproduzir sua eficiência. / Optical Lithography is the process whereby the patterns designed by the integrated circuit designers are transferred to the wafer by light waves. With the miniaturization of components, the gap between the projected patterns and what is actually printed is steadily increasing as the pattern dimensions are now smaller than the wavelength used to print them. Therefore, in this work we present the problem of optical lithography and its mathematical foundations, as well as techniques to efficiently implement a lithographic simulator. These techniques were used to develop the Lithux simulator. We also briefly present techniques for resolution enhancement, where many of them use lithographic simulators to simulate their efficiency. Thus, it is essential to know or to have an approximation of what will be printed before the circuit manufacturing to eliminate potential defects through the use of resolution enhancement techniques. This approximation is obtained by optical lithography simulators that have the challenge of getting this approximation in a practicable time.

Litografia óptica é o processo pelo qual os padrões desenhados pelos projetistas de circuitos integrados são transferidos para o wafer através de ondas de luz. Com a miniaturização dos componentes, aumenta cada vez mais a discrepância entre os padrões projetados e o que é realmente impresso. Tal fato ocorre porque as dimensões dos padrões são menores do que o comprimento de onda utilizado para imprimi-los. Desta forma, é imprescindível que se saiba ou se tenha uma aproximação do que será impresso antes da fabricação dos circuitos para eliminar possíveis defeitos, através da utilização de técnicas de melhoramento de resolução. Essa aproximação é obtida através de simuladores de litografia óptica, que possuem o grande desafio de obter uma aproximação em um tempo viável. Sendo assim, neste trabalho apresentamos o problema de litografia óptica e seu embasamento matemático, bem como técnicas para implementar um simulador litográfico de forma eficiente. Tais técnicas foram utilizadas para o desenvolvimento do simulador Lithux. E, também apresentamos brevemente, técnicas de melhoramento de resolução, onde muitas utilizam simuladores de litografia para reproduzir sua eficiência. / Optical Lithography is the process whereby the patterns designed by the integrated circuit designers are transferred to the wafer by light waves. With the miniaturization of components, the gap between the projected patterns and what is actually printed is steadily increasing as the pattern dimensions are now smaller than the wavelength used to print them. Therefore, in this work we present the problem of optical lithography and its mathematical foundations, as well as techniques to efficiently implement a lithographic simulator. These techniques were used to develop the Lithux simulator. We also briefly present techniques for resolution enhancement, where many of them use lithographic simulators to simulate their efficiency. Thus, it is essential to know or to have an approximation of what will be printed before the circuit manufacturing to eliminate potential defects through the use of resolution enhancement techniques. This approximation is obtained by optical lithography simulators that have the challenge of getting this approximation in a practicable time.

abstract: Soft lithographic printing techniques can be used to control the surface morphology of titanium dioxide layers on length scales of several hundred nanometers. Controlling surface morphology and volumetric organization of titanium dioxide electrodes can potentially be used in dye-sensitized solar cell devices. This thesis explores how layer-by-layer replication can lead to well defined, dimensionally controlled volumes and details how these control mechanisms influence surface characteristics of the semiconducting oxide. / Dissertation/Thesis / M.S.Tech Engineering 2013

O uso de magnetismo em sensores, transdutores e, principalmente, em mídias de gravação magnética, atinge uma escala de investimento no mercado global de bilhões de dólares anualmente. Essas aplicações tecnologicas, atualmente, apontam para usos do magnetismo na escala nanoscópica, por meio da miniaturização de dispositivos magnéticos sensores e transdutores; em gravação magnética através da nanoestruturação das unidades básicas de armazenamento; ou, ainda, na medicina pelo uso de nanopartículas magnéticas como carregadores de drogas medicinais ou como elementos aquecedores por meio da radiação em radiofrequência. Neste trabalho, adotamos uma abordagem top-down. Partimos de objetos magnéticos microscópicos e buscamos progressivamente reduzir a sua escala espacial visando atingir a escala nanoscópica. Produzindo objetos com formato regular e simples, como quadrados, discos e triângulos produzidos por litografia de feixe de elétrons e método lift-off, a partir de filmes finos produzidos por Magnetron Sputtering. Utilizando como elemento de estudo Metais de Transição (MT) e Terras Raras (TR). A estequiometria e espessura dos filmes finos de Tb-Fe foram obtidas com análise de RBS. Já a análise magnética dos filmes finos de Tb-Fe foram obtidas por técnicas de VSM e SQUID. O que possibilitou averiguar que as amostra com a proporção de Tb variando entre 22% e 36% possuem uma anisotropia magnética perpendicular bem definida e possuem um ordenamento sperimagnético. Através do microscópio de força magnética observamos a formação de domínios magnéticos do tipo bolha irregular nos filmes finos de Tb-Fe. Utilizando o microscópio eletrônico de varredura e o SNOM-MO foi possível analisar a morfologia dos micro-objetos produzidos. Os resultados mostram uma eficácia na preparação de estruturas com dimensões maiores que 2 µm, com altura de aproximadamente 50 nm. Fazendo-se necessário um estudo mais preciso para obtenção de amostra com dimensões abaixo desta dimensão. / The use of magnetism in sensors, transducers and, mainy, in magnetic recordable media reaches a total investment of billions of dollars annually in the markets worldwide. These applications in technology are currently being focused toward the uses of magnetism in the nanoscopic scale, by shrinking the magnetic sensor devices and transducers. Also, in magnetic recordings by the nanostructuration of basic storage units or - going even further - in the use of nanomagnetic particles in Medicine such as drug delivery or heating elements by radiofrequency radiation. In this paper, we take a \"top-down\" approach. We start with microscopic magnetic objects and seek progressively reduce its spatial scale in order to reach the nanoscale. Producing objects with regular and simple format, such as squares, triangles and discs produced by electron beam lithography and lift-off method, The thin films were based on transition metal and rare earth elements. The thickness and stoichiometry of thin films of Tb-Fe were meadured with RBS analysis. The analysis of the Tb-Fe magnetic thin films were obtained by techniques VSM and SQUID. The sample with the ratio of Tb ranging between 22% and 36% have a well-defined perpendicular magnetic anisotropy and have a sperimagnetic behavior. Through the magnetic force microscopy we observed the formation of magnetic domain structure of the \"irregular bubble\" type. Using scanning electron microscope and the SNOM-MO was possible to analyze the morphology of the produced micro-objects. The results show that efficiency in the preparation of structures with dimensions larger than 2 microns, and a height of approximately 50 nm. This result exposes the need for a more investigation in order to produce samples with smaller dimension.

Orientadores: Edmundo da Silva Braga, Lucila Helena Deliesposte Cescato / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:14:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Menezes_JacsonWeberde_D.pdf: 5102435 bytes, checksum: 8671ed8cf6b070b06a3270b5e81fde66 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta tese tem como objetivo demonstrar a viabilidade e o potencial da técnica de superposição de padrões de interferência para fabricação de estruturas periódicas 2D e 3D para aplicações em cristais fotônicos e estruturas plasmônicas. A superposição de padrões consiste em expor a mesma amostra a padrões de interferência, produzidos por duas ondas planas, girando-se a amostra apropriadamente entre as exposições. A simulação do padrão de intensidade resultante, em função do número de exposições e do ângulo de rotação entre elas, foi feita utilizando o software MATHEMATICA. Estas simulações demonstraram que com apenas 3 exposições, girando-se apropriadamente a amostra, é possível obtermos padrões com periodicidade tridimensional. As estruturas gravadas na fotorresina positiva SC 1827, utilizando esta técnica, mostraram uma excelente concordância com os padrões simulados. Embora estas estruturas não apresentem um gap fotônico completo devido ao baixo índice de refração da fotorresina, foi possível medir o gap fotônico para determinadas direções de simetria da estrutura. Camadas Finas de Cristais Fotônicos 2D com simetria triangular foram fabricadas em vidros calcogenetos a base de antimônio. As medidas da transmitância espectral em função do ângulo de incidência da luz nas diferentes direções de simetria permitiram a medida experimental do diagrama de bandas. Para os modos mais baixos as medidas experimentais mostraram uma excelente concordância com os diagramas de bandas calculados utilizando o Método dos elementos finitos (FEM). Estruturas plasmônicas, compostas por arranjos quadrados de furos em filmes de ouro foram fabricadas e caracterizadas através de medidas de transmitância à incidência normal. Devido à grande sensibilidade da posição dos picos de ressonância de plasmons com o meio, foi realizado um estudo visando a otimização dos parâmetros destas estruturas para uso como sensores de índice de refração / Abstract: The purpose of this thesis is to demonstrate the feasibility and the potential of the technique of superposition of interference patterns to generate 2D and 3D periodic structures for applications in photonic crystals and plasmonic structures. This technique consists in to expose the same sample to interference patterns produced by two plane waves, rotating properly the sample between exposures. The simulation of the resulting intensity pattern, as a function of the number of exposures and rotation angle between them, is done using the software MATHEMATICA. These simulations showed that only 3 exposures are enough to obtain three-dimensional periodic patterns. The structures recorded in SC 1827 positive photoresist, using this technique, showed excellent agreement with the simulated patterns. Although these structures do not show a complete photonic band gap because of the low refractive index of the photoresist, it was possible to measure the photonic band gap photonic for certain directions of symmetry of the structure. Thin layers of 2D Photonic Crystals with triangular symmetry were fabricated in chalcogenide glasses based on antimony. Measurements of spectral transmittance, at different incident angles in the directions of symmetry of the 2D crystal, allow obtaining the experimental band diagrams. For the lowest modes the experimental measurements agree very well with the diagrams calculated using the FEM. Plasmonic structures, composed of squared arrays of holes in gold films were fabricated and characterized through transmittance measurements at normal incidence. Due to the high sensitivity of the peak wavelength positions of plasmon resonances with the surrounding media, a study was conducted in order to optimize the parameters of these structures for refractive index sensing / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Lucila Helena Deliesposte Cescato / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T05:44:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GutierrezRivera_LuisEnrique_D.pdf: 4586179 bytes, checksum: dcf2f61b429cf573374569e52bacf96f (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nano-Peneiras são dispositivos de microfiltração que se diferenciam das membranas filtrantes por apresentarem uma distribuição homogênea de poros e baixa rugosidade na sua superfície. Estas características as tornam uma melhor alternativa para processos de separação que requerem alta seletividade na indústria de biotecnologia, fármacos e química. Por outro lado estas peneiras quando atingem poros com dimensões de alguns centos de nanômetros e estão feitas de materiais biocompativeis e biodegradáveis, são utilizadas em Micro-dispositivos Bio Eletro Mecânicos, BIO-MEMS. Entre as aplicações mais relevantes de peneiras poliméricas dentro dos BIO-MEMS podemos mencionar os bio-sensores e as biocapsulas para sistemas de liberação de drogas através de implantes dentro do corpo. Neste trabalho desenvolvemos um processo de fabricação de Peneiras Poliméricas Nanométricas utilizando a associação de técnicas de litografia interferométrica, litografia óptica, e micro-moldagem. As Peneiras foram fabricadas utilizando um sistema de litografia interferométrica UV, que foi construído durante esta tese. Foi estudada a homogeneidade dos poros das peneiras fabricadas através da analises estadísticas de imagens digitais de microscopia eletrônica. Por outro lado fizemos analises de seletividade da filtração utilizando partículas esféricas de poliestireno de diferentes tamanhos. Os resultados da analises estadística da morfologia dos poros mostraram uma alta qualidade na distribuição e na homogeneidade dos poros das peneiras que foram formados através da litografia interferométrica. Por outro lado os resultados das medidas de filtração de partículas apresentaram uma excelente seletividade na separação de partículas por tamanho, que confirmaram a homogeneidade das dimensões dos poros das nanopeneiras poliméricas. / Abstract: Sieves are microfiltration devices that in comparison with conventional membranes present a homogeneous pore size distribution and low roughness on the surface. These characteristics become them very attractive for use in processes of separation of particles by size. When the pores reach sub-micrometric dimensions and the sieves are made in biocompatible and biodegradable materials, they can reach interesting applications in Bio-MEMS. We can mention applications such as Bio-sensor and Bio-Capsules for Drug Delivery Systems. In this work we developed a process for fabrication of polymeric submicrometric sieves using the association of interference lithography, optical lithography and micromolding (soft lithography). The submicrometric pores are recorded using UV interference lithography, while the sustaining structure is recorded by optical lithography. Soft lithography techniques were used in order to transfer the recorded structures to appropriate materials as well as to reduce the costs of fabrication. Measurements of the pore size distribution shown a variation of 7 % in the pore diameter, along the whole sieve area of about 1cm X 1 cm, for submicrometric sieves in SU-8 while this variation was about 15 % for the sieves molded in PLLA (Poly-L-Lactide). This variation is much smaller than that presented for the better homogeneity commercial membranes. / Doutorado / Doutor em Ciências

Orientador: Lucia Helena Deliesposte Cescato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T11:13:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Menezes_JacsonWeberde_M.pdf: 5177344 bytes, checksum: 63bfde864e58f6813890fced4db8f389 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Nesta dissertação foi desenvolvido um novo método de gravação de estruturas bidimensionais em fotorresina, baseado na superposição de três exposições holográficas. Utilizando esta técnica, foi possível gravar estruturas de seção transversal circular. Isso resolve o problema da redução da área do gap fotonico que ocorre com as estruturas cilíndricas de seção transversal elíptica, obtida quando são utilizadas apenas duas exposições. Controlando-se a fase entre a terceira exposição e as duas anteriores é possível também gerar padrões hexagonais com diferentes formas de cilindros, que correspondem aos "átomos" do cristal fotonico, que podem apresentar novas propriedades fotonicas. Para projetar cristais fotonicos que apresentam gap fotonico na região de interesse do espectro eletromagnético, foi utilizado um programa baseado no método dos elementos finitos. Nestes projetos foram consideradas as dimensões e formas que podem ser fabricadas utilizando a técnica de dupla exposição holográfica assim como foi utilizada a aproximação de índice de refração equivalente para levar em conta a espessura da camada fotonica. Utilizando a superposição de duas exposições holográficas, associadas à litografia por corrosão por íon reativo, foram feitas tentativas de fabricação das camadas fotonicas projetadas em três materiais diferentes: silício policristalino, silício amorfo hidrogenado e silício cristalino / Abstract: In this work, it was developed a new recording method of the 2D structures in photoresist, based on the superimposition of three holographic expositions. This technique solves the problem of asymmetry of hexagonal structures, arising from the superimposition of only two expositions, which causes a strong reduction of the photonic band gap area. By controlling the phase-shift between the third exposition and the former two exposures, it is possible to generate new hexagonal patterns that can present different properties. In the design of the 2D photonic layers that present Photonic Band Gaps in the near infra-red region of the electromagnetic spectrum, it was used a software based on finite elements method. To consider the thickness of the photonic layer it was used the approach of equivalent refractive index. In the design we take into account the dimensions and shapes that can be fabricated using the technique of holographic lithography associated with RIE (Reactive Ion Etching). For fabrication of the structures we used double holographic exposures followed by RIE lithography in three different materials: poly-silicon, amorphous silicon and crystalline silicon / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientadores: Marcelo Knobel, Lucila Helena Deliesposte Cescato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:21:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_WagnerdeOliveirada_M.pdf: 19528973 bytes, checksum: 7a1e2008a2b3dee6576a7022583102ab (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nesta dissertação utilizamos a técnica de litografia holográfica para reproduzir padrões periódicos em fotorresinas, depositadas em substratos de quartzo e vidro, que posteriormente foram utilizados como molde para a deposição de materiais magnéticos, que, portanto reproduzirem a periodicidade da estrutura gravada na fotorresina. Uma vantagem desta técnica é a dimensão pequena das estruturas que podem ser produzidas com uma boa razão de aspecto em áreas da ordem de 1000 cm 2 , assim como o controle do seu espaçamento. A união desta técnica com a deposição de materiais por sputtering foi muito vantajosa, pois usando este tipo de deposição podemos, em princípio, selecionar qualquer tipo de material e reproduzir com grande eficiência os padrões determinados pelas máscaras holográficas. Os sistemas aqui estudados são nanofitas de três tipos de materiais magnéticos: Co, Ni e Ni80Fe20(permalloy). Isto nos dá a liberdade de estudar como varia a interação magnética entre as nanofitas em função da sua separação e também da sua espessura. Comparamos os resultados obtidos das amostras estruturadas com as sem estruturas e foi possível observar que a interação dipolar exerce uma função importante na mudança dos campos coercivos destas. Entretanto, observamos que o campo de troca é praticamente inalterado para as diversas amostras de mesma composição estudadas que possuem a mesma espessura, assinalando que este mecanismo independe da anisotropia de forma e da interação dipolar. Os resultados de ressonância ferromagnética (RFM) mostram que os campos de anisotropia das amostras são menores do que os previstos pelas curvas de magnetização destas, indicando que o campo medido pode ser na verdade um campo efetivo no qual poderíamos ter a contribuição do campo dipolar. / Abstract: In this thesis we employ the holographic lithography (HL) technique to reproduce periodic patterns that were subsequently used as masks for the deposition of magnetic materials by sputtering. The structures present the same periodicity of the previously recorded mask. One advantage of this technique is the very good aspect ratio, even for areas of the order of 1000 cm2, and the low dimensions achieved. Moreover, one has a complete control of the structures¿ periodicity. The combination of the HL with sputtering is very oportune because this kind of deposition allows one to work with any type of material. Then, one can reproduce with great efficiency the patterns introduced by the holographic masks. The studied magnetic systems were formed by three different types of magnetic materials: Co, Ni and Ni80Fe20(permalloy). We studied the variation of the magnetic interactions among the nanostripes both as a function of the separation among them and their thickness. By comparing the results from the structured samples with the continous one it was possible observe the important role of the dipolar interaction on the coercivity. Nevertheless, we noted that the exchange field does not change for different studied samples with the same composition and thickness, indicating that this behavior is independent of the shape anisotropy and the dipolar interactions. The results of ferromagnetic resonance (FMR) showed that the anisotropy fields of the samples are smaller than the ones predicted by the magnetic measurements, indicating that we measured an effective field with the contribution of the dipolar field. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Master of Science / Department of Chemistry / Daniel A. Higgins / Lithography techniques have been widely used to fabricate optical, electronic and optoelectronic devices with sub-micron scale spatial resolution. In the most common lithographic procedures, a light sensitive polymer, called a photoresist, is exposed and developed to form a binary relief pattern on a substrate. The finest features are produced by X-ray or electron-beam methods, both of which are very expensive to employ. Less expensive methods use ultraviolet (UV) light to expose the photoresist through a photomask. The resolution in these methods is somewhat lower and is governed by diffraction of light by the photomask, the quality of the photomask, and by any chemical/physical development steps subsequently employed. Due to the above limitations, we have been investigating direct-write, ablative multiphoton lithography as an alternative method for preparing high-resolution patterns. With this method, near-IR light from an ultrafast pulsed laser source is focused into a polymer film, leading to depolymerization and vaporization of the polymer. Arbitrary binary patterns can be produced by raster scanning the sample while controlling exposure of the film to the laser. Importantly, high-resolution etching of the polymer film is achieved without the use of a photomask and without chemical development steps. While arbitrary patters are easily prepared, it is also possible to prepare three-dimensional (i.e. grayscale) surface relief structures. In this study, ablative multiphoton photolithography is used to prepare binary and grayscale structures in thin films of PEDOT:PSS, an electrically conductive organic polymer blend. A simple kinetic model is proposed to explain the etching process. Data on the power-dependence of polymer etching can be fit to this model and is used to determine the order of the nonlinear optical process involved. The etch depth as a function of laser focus is also investigated and shown to follow the same kinetic model. The results show that three-dimensional (grayscale) patterns can be prepared by modulating either the laser power or the laser focus. Images of several binary and grayscale structures prepared by this method are presented.