Proceso de fabricaci ´on de la rejilla de difracci ´on

En esta secci ´on se explica el proceso de fabricaci ´on de las rejillas de difracci ´on. En la Figura 28 se muestra un diagrama de flujo del proceso que se sigui ´o: a) Limpieza del sustrato, b) dep ´osito de fotorresina, c) horneado, d) grabado y revelado y e) dep ´osito de pel´ıcula delgada de oro.

Figura 28: Proceso de fabricaci ´on de rejillas de difracci ´on.

Los detalles se dan a continuaci ´on.

4.1.1.1. Limpieza de sustratos

En este primer paso, al sustrato de 0.15mm de espesor se le lleva a un proceso de limpieza para que cuando se le deposite una pel´ıcula delgada de fotorresina, ´esta sea

uniforme. Primero, se somete a un ba ˜no de agua destilada y posteriormente a un secado con papel para lentes fig 28 a.1); como segundo paso se limpia el sustrato cuidadosa- mente con alcohol isoprop´ıilico fig 28 a.2) y finalmente se somete a un ba ˜no con acetona en un dispositivo ultras ´onico durante 10 minutos para eliminar por completo cualquier tipo de contaminante que est ´e presente fig 28 a.3).

4.1.1.2. Dep ´osito de fotorresina y horneado

En esta secci ´on se describe el proceso de dep ´osito de fotorresina y horneado. Para este trabajo la fotorresina (material fotosensible) que se utiliz ´o fue Microposit S1805 de la marca Shipley. De la hoja de especificaciones de la fotorresina se observa la gr ´afica de grosor vs revoluciones por minuto de dep ´osito (v ´ease la Figura 29) as´ı como los tiempos de horneado.

Figura 29: Condiciones para el dep ´osito de fotorresina de acuerdo a la hoja de especificaciones.

Velocidades para dep ´osito “spin coater”.

Para la fotofabricaci ´on de la rejilla de difracci ´on se requiere un capa de fotorresina (material fotosensible) de aproximadamente 700nm de espesor. De acuerdo a la hoja de especificaciones (figura 29) se requiere una velocidad de giro del “spin coater” de 2000 rpm. Por lo que el proceso para el dep ´osito fue el siguiente.

1. Dep ´osito de fotorresina (aproximadamente 1 ml) con el sustrato est ´atico.

2. Rampa de velocidad de 0 a 500rpm en 10 segundos para el “spin coater”.

3. Giro del “spin coater” a 2000 rpm por 50 segundos lo que garantiza una capa de fotorresina uniforme.

4. Horneado de sustrato con fotorresina por 30 minutos a 90 ˚ C.

4.1.1.3. Grabado y revelado

El esquema del arreglo experimental para el grabado de la rejilla se muestra en la Figura 30. Cuenta con un l ´aser He-Cd con una longitud de onda de λ = 442nm, el haz se hace pasar por un filtro espacial el cual posee una lente y un “pinhole” en un sistema conjunto. El haz proveniente del filtro espacial se proyect ´o directamente hacia una base de rotaci ´on que cuenta con un porta muestras y un espejo en la configuraci ´on cl ´asica de Loyd de (Hecht, 2001). La rotaci ´on de la base espejo/sustrato permite libertad en la modificaci ´on del ´angulo de incidencia del arreglo. La distancia entre el filtro espacial y el porta muestra es de 33 cm Korreet al.(2010). Como se observa en el arreglo esquem ´ati- co (figura 30.a), parte del haz que proviene del filtro espacial incide directamente en la muestra a un ´anguloθi. Otra parte del haz incide sobre un espejo y este es reflejado para

incidir en la muestra con fotorresina a un ´angulo θi. La interferencia de estos dos haces

genera un patr ´on de interferencia senosoidal que ser ´a grabado en la fotorresina. En la Figura 30.b) se observa el l ´aser utilizado para el grabado en conjunto con el filtro espacial y en la Figura 30.c) se observa la montura para el espejo y la muestra en la configuraci ´on de Loyd.

Sustrato

Filtro Espacial

Láser He-Cd _Espejo

i

a)

b) c)

Figura 30: a) Diagrama esquematico. b) L ´aser He-Cd y filtro espacial. c) Montura para muestra y espejo.

El ´angulo de incidencia en el sustrato esta relacionado con el periodo de la rejilla que se grabar ´a, esta relaci ´on est ´a dada por (Korreet al., 2010)

Λ = λ 2 sinθi ∴ θi = sin−1 λ 2Λ , (30)

dondeλ es la longitud de onda de iluminaci ´on,Λes el periodo deseado yθi el ´angulo de

incidencia. De la ecuaci ´on 30 se puede obtener el ´angulo de incidencia y la periodicidad que se desee.

En el proceso de revelado se utiliz ´o agua destilada y revelador 351 de la marca Shipley especial para el tipo de fotorresina elegido, con una relaci ´on de 5:1 como lo indican las hojas de datos. El tiempo de revelado fue de 30 segundos en revelador y un ba ˜no de 10 segundos en agua destilada.

Para finalizar con la secci ´on del grabado de rejillas, se muestran dos im ´agenes, una es una fotograf´ıa de la rejilla resultante (figura 31 a), se observa difracci ´on de la luz que la ilumina. La otra es una micrograf´ıa electr ´onica obtenida en un microscopio electr ´onico de barrido “SEM” (figura 31 b). El periodo de dise ˜no para la rejilla fue deΛ = 706nmy el

obtenido experimentalmente fue de700 nm.

B)

b)

a)

Figura 31: a) Fotograf´ıa de una rejilla iluminada con luz blanca, b) Imagen de la rejilla observada en

un microscopio electr ´onico de barrido.

Como se puede observar en la (figura 31 a), la muestra cuenta con una regi ´on que no se observa el grabado de rejilla, debido a un objetivo espec´ıfico que se explicar ´a en el siguiente cap´ıtulo.

4.1.1.4. Dep ´osito de pel´ıcula delgada de oro

Para el proceso de acoplamiento de los plasmones polaritones de superficie es ne- cesario contar con una superficie met ´alica y dado que para la t ´ecnica de LRM es nece- sario observar en transmisi ´on, la superficie met ´alica donde se excitaran los PPS, es una pel´ıcula delgada de oro menor a 100 nm. Mediante la t ´ecnica de dep ´osito por evapora- ci ´on t ´ermica, se deposit ´o una pel´ıcula delgada de oro (50nm) sobre el sustrato donde se fabric ´o la rejilla de difracci ´on.

El proceso de dep ´osito de la pel´ıcula delgada se describe en Ap ´endice A y el control del espesor de la pel´ıcula en el Ap ´endice B.