Diseño, fabricación y caracterización de nanoestructuras fotónicas y plasmónicas

Resumen

En su corta historia, la plasmónica ya ha demostrado ser útil para variadas aplicaciones, como el guiado de luz, nanolitografía, sustratos para el efecto de mejora de la dispersión Raman superficial (SERS, del inglés Surface Enhanced Raman Scattering), e incluso desarrollo de biosensores basados en la resonancia de Plasmón superficial (SPR, del inglés Surface Plasmon Resonance). En el mercado existen biosensores más o menos simples basados en el SPR, pero también equipos complejos para el análisis de reacciones de tipo antígeno-anticuerpo (como el BIACORE), e incluso se han conseguido detectar moléculas individuales usando estructuras plasmónicas. Los principios teóricos están ampliamente desarrollados, sin embargo queda mucho campo de trabajo referente a la fabricación eficiente de estructuras. Los cristales fotónicos llevan algo más de dos décadas de vida. Aunque actualmente sus usos aun están muy limitados, sus peculiares propiedades ópticas los convierten en candidatos para aplicaciones tecnológicas como filtros ópticos, componentes de telecomunicaciones, elementos de criptografía cuántica, células solares, así como ser un perfecto banco de pruebas para ciencias como la electrodinámica cuántica y la óptica no-lineal. La motivación principal de esta Tesis Doctoral es la iniciación y desarrollo de métodos de nanofabricación conducentes a la obtención de los materiales complejos aludidos más arriba. En el campo de la plasmónica se han desarrollado nuevos materiales híbridos que constituirán herramientas originales para nanociencia, y además, una base tecnológica para la fabricación masiva y eficiente de futuros sensores químicos y biosensores. Estos materiales se han estudiado desde el punto de vista de su morfología, su estructura, sus propiedades ópticas y litográficas, y su aplicación como sensores químicos. En el campo de la fotónica integrada en semiconductores se han puesto en marcha procesos de nanofabricación en silicio y en semiconductores III-V para la obtención de varios tipos de estructuras fotónicas con diferente finalidad (focalización de luz, guiado, confinamiento y amplificación, emisión estimulada,...), así como realizado su diseño y simulación, medido su morfología y estudiado sus propiedades ópticas. Concretamente, los objetivos han sido: 1º - Obtener nanocomposites plasmónicos fabricados por litografía electrónica, con resolución nanométrica. 2º - Obtener nanocomposites plasmónicos fabricados por litografía ultravioleta, y su uso potencial para la detección de moléculas orgánicas. 3º - Conseguir la nanofabricación de estructuras fotónicas de focalización y guiado de luz usando tecnología de silicio sobre aislante (SOI, del inglés Silicon On Insulator) y su adecuada caracterización mediante microscopía óptica de barrido en campo cercano (SNOM, del inglés Scanning Near-field Optical Microscope). 4º - Fabricar estructuras fotónicas de confinamiento y amplificación de luz sobre semiconductores III-V conteniendo puntos cuánticos como emisores de luz inmersos en la cavidad.