Sonuçlar

Uma maneira de aumentar o fator de qualidade seria depositar localmente os nanocris- tais apenas na regi˜ao da microcavidade, minimizando altera¸c˜oes na distribui¸c˜ao de ´ındices de refra¸c˜ao na estrutura.

Ap´os a fabrica¸c˜ao de uma nova amostra por parte dos colaboradores do CNR-NANO e do CBN-IIT, ela foi enviada ao Laborat´orio de Semicondutores da UFMG para caracteriza¸c˜ao ´optica. Outras 40 membranas contendo um cristal fotˆonico bidimensional com uma guia de onda e a microcavidade DH foram fabricadas. Os parˆametros estruturais do cristal fotˆonico foram os mesmos descritos no Cap´ıtulo 2. A ´area do cristal fotˆonico era de 5, 0 × 7, 0 µm. A diminui¸c˜ao do tamanho do cristal tinha como objetivo a otimiza¸c˜ao do tempo de fabrica¸c˜ao das heteroestruturas. Al´em disso havia a suspeita de que a ´area excessivamente grande das membranas do primeiro conjunto pudessem estar afundando em sua parte central, dada a dificuldade em focalizar, ao mesmo tempo, o centro e a periferia da membrana que foi observada durante as medidas de micro-fotoluminescˆencia com o microsc´opio confocal. Uma amostra menor, por´em mais r´ıgida em sua estrutura suspensa, poderia contribuir para a observa¸c˜ao de um valor maior do fator de qualidade.

Foram feitas medidas de µ-PL na regi˜ao central de cada um dos cristais fotˆonicos. A luminescˆencia intr´ınseca do nitreto de sil´ıcio, a exemplo do observado para primeiro conjunto de membranas, n˜ao era intensa o suficiente para que fossem observados modos confinados. Dessa forma, um filme contendo a solu¸c˜ao de nanocristais de CdTe/CdS foi depositado sobre algumas membranas para que fosse verificada a qualidade ´optica das microcavidades. Nenhuma amostra apresentou qualquer pico de emiss˜ao que pudesse ser associado aos modos da microcavidade DH. Dessa forma, foram feitas medidas de microscopia de varredura (SEM - Scanning Electron Microscopy) para verificar os parˆametros estruturais reais das membranas. O parˆametro de rede da heteroestrutura e o raio das colunas de ar do cristal fotˆonico foram considerados adequados, mas a espessura das membranas n˜ao estava pr´oxima do valor desejado, de 200 nm, como pode

ser observado na Figura 3.21.

Figura 3.21: Imagens de SEM realizadas no Centro de Microscopia da UFMG mostram uma espessura de cerca de 173 nm para a camada de nitreto de sil´ıcio, o que modifica severamente a posi¸c˜ao espectral de qualquer modo eletromagn´etico confinado que possa existir na heteroestrutura.

Utilizando-se um elipsˆometro, a estimativa de 173 nm para a espessura da membrana obtida atrav´es da imagem de SEM foi comprovada. A t´ecnica de elipsometria consiste em medir as modifica¸c˜oes na polariza¸c˜ao da luz ao refleti-la em um meio material. Essas modifica¸c˜oes s˜ao representadas por uma amplitude Ψ e por uma diferen¸ca de fase ∆. O comportamento da luz refletida depende das propriedades ´opticas e da espessura de cada material. Isso faz com que a elipsometria seja utilizada, principalmente, para determinar a espessura de um material e suas respectivas constantes ´opticas. Outras propriedades relacionadas com a resposta ´optica do feixe de luz, como rugosidade, composi¸c˜ao e concentra¸c˜ao de dopantes, tamb´em podem ser determinadas atrav´es de medidas de elipsometria [61]. Uma representa¸c˜ao esquem´atica de um equipamento de elipsometria ´e ilustrada na Figura 3.22a.

A raz˜ao entre as componentes do campo el´etrico do feixe de luz refletido (perpendicular e paralela ao plano de incidˆencia da luz) ´e dada pela equa¸c˜ao 3.6, em que rp representa a compo-

nente paralela ou componente p (do alem˜ao parallel - paralelo) e rs representa a componente

ρ = rp rs

= tg(Ψ)e∆i (3.6)

Para determinar a espessura da camada de Si3N4 crescida sobre sil´ıcio, que corresponde

`a espessura das membranas, foi utilizado o elipsˆometro do Laborat´orio de Nanomateriais da UFMG, operado pela estudante de doutorado L´ıgia Parreira. O resultado ´e mostrado na Figura 3.22b. O ajuste dos dados segundo, o modelo de Tauc-Lorentz [62], indica uma espessura de nitreto de sil´ıcio de cerca 176 nm no centro da amostra, onde foram fabricados os cristais fotˆonicos e de 179 nm na borda, em boa concordˆancia com os resultados obtidos das imagens de microscopia eletrˆonica.

Figura 3.22: (a) Representa¸c˜ao esquem´atica da montagem experimental utilizada na aplica¸c˜ao da t´ecnica de elipsometria. Um analizador apto a girar em torno do eixo de incidˆencia da luz coleta um feixe de luz branca previamente polarizado. (b) Ajuste dos dados. As linhas pontilhadas representam as curvas te´oricas que descrevem a raz˜ao entre as componentes s e p da luz incidente como fun¸c˜ao dos parˆametros Ψ e ∆, para quatro ˆangulos de coleta diferentes do analizador. As linhas s´olidas representam as curvas obtidas experimentalmente, Ψ em vermelho, ∆ em verde.

Uma espessura mais fina do que o desejado para a membrana de cristal fotˆonico implica em uma maior energia de confinamento para os modos eletromagn´eticos. Isso significa que qualquer modo eletromagn´etico que possa existir no sistema esteja localizado em um regi˜ao de comprimentos de onda menores do que 620 nm e, portanto, fora da regi˜ao de emiss˜ao dos nanocristais de CdTe/CdS. Al´em disso, como pode ser observado atrav´es da Figura 3.21 existe uma camada de cerca de 130 nm de sil´ıcio que n˜ao foi removida com sucesso durante o processo de fabrica¸c˜ao. Isso altera significativamente a distribui¸c˜ao de ´ındices de refra¸c˜ao da

heteroestrutura, o que tamb´em impede a existˆencia de modos eletromagn´eticos confinados na regi˜ao de comprimentos de onda estudada.