I
Indice
Introduzione
... IVCapitolo 1: Cristalli fotonici per applicazioni sensoristiche
... 11.1 Storia dei cristalli fotonici ... 1
1.2 Cristalli fotonici naturali ... 2
1.3 Cristalli fotonici artificiali ... 4
1.3.1 Parametri geometrici e materiali costitutivi ... 6
1.3.2 Cristalli fotonici artificiali 1D ... 7
1.3.3 Cristalli fotonici artificiali 2D ... 10
1.3.4 Cristalli fotonici artificiali 3D ... 13
1.4 Cristalli fotonici: applicazioni (bio)sensoristiche ... 16
1.4.1 Il rugate filter come (bio)sensore di vapori organici ... 17
1.4.2 Il rugate filter come (bio)sensore di proteine ... 20
1.4.3 Il rugate filter come (bio)sensore di attività cellulare ... 22
Capitolo 2: Il silicio poroso: tecnologie di preparazione e proprietà ottiche
... 272.1 Storia del silicio poroso ... 27
2.2 Giunzione Si/HF ... 28
2.2.1 Caratteristica densità di corrente/tensione (J/V) ... 29
2.2.2 Caratteristica J/V in polarizzazione anodica: regime di formazione dei pori ed electropolishing ... 31
II
2.3 Dissoluzione elettrochimica del silicio ... 34
2.4 Proprietà morfologiche del silicio poroso ... 35
2.4.1 Porosità e spessore dello strato poroso ... 37
2.5 Proprietà ottiche del silicio poroso ... 39
2.5.1 Silicio poroso: Fabry Pèrot Film ... 41
2.5.2 Silicio poroso: Strutture multistrato ... 43
2.6 Conclusioni ... 49
Capitolo 3: Materiali e metodi sperimentali
... 503.1 Materiali utilizzati ... 50 3.1.1 Elettrodo di silicio... 50 3.1.2 Soluzione elettrolitica ... 51 3.2 Set-up elettrochimico ... 51 3.2.1 La cella elettrochimica ... 52 3.2.2 La sorgente di alimentazione ... 54 3.3 Procedura sperimentale ... 58 3.3.2 Electropolishing ... 59
3.3.2 Fabbricazione di rugate filter in silicio p++ ... 60
3.4 Set-up di spettroscopia ottica ... 60
3.4.1 Sorgente luminosa ... 61
3.4.2 Sonda in fibra ottica ... 62
3.4.3 Spettrometro USB 2000+ ... 63
3.4.4 Il software Spectra- Suite ... 66
III
Capitolo 4: Attività sperimentale: realizzazione di cristalli fotonici
monodimensionali operanti nel visibile
... 684.1 Dimensionamento e fabbricazione di cristalli fotonici 1D nanostrutturati nel range del visibile (380 nm 750 nm) ... 68
4.1.1 Monolayer in silicio poroso ... 70
4.1.2 Stima del periodo temporale della corrente di etching sinusoidale ... 73
4.1.3 Cristalli fotonici 1D nanostrutturati nel range del rosso (620 nm-750 nm) ... 75
4.1.4 Cristalli fotonici 1D nanostrutturati nel range del verde (495 nm-570 nm) ... 78
4.1.5 Cristalli fotonici 1D nanostrutturati nel range del blu (450 nm-475 nm) ... 80
4.1.6 Cristalli fotonici 1D nanostrutturati nel range rosso (corrente cosinusoidale) .. 81
4.1.7 Cristalli fotonici 1D nanostrutturati nel range rosso (corrente cosinusoidale e rampe lineari) ... 84
4.2 Studio di applicabilità: Cristalli fotonici 1D nanostrutturati come sensori di indice di rifrazione ... 87
4.2.1 Rugate filter come sensori di indice di rifrazione (acqua, etanolo e isopropanolo) ... 88
4.2.2 Rugate filter come sensori di indice di rifrazione di miscele ... 94
