Mapeamento do campo cústico

A detecção acústica de fótons necessita que o campo da SAW seja intenso o suficiente para assegurar um eficiente transporte de portadores desde o ponto de geração até a região onde serão detectados. Defeitos presentes na região de propagação da SAW assim como reflexões acústicas produzidas pela borda da mesa ou pelos contatos metálicos podem distorcer o feixe acústico e, conseqüentemente, reduzir a eficiência do transporte acústico. Para investigar esses efeitos, a distribuição do campo acústico do protótipo foi medida utilizando um interferômetro cuja resolução espacial é de aproximadamente 1 m. O interferômetro produz um sinal proporcional à media da amplitude da componente vertical do deslocamento acústico como ilustrado na figura 7.3 [176].

A figura 7.4 compara uma fotografia da área ativa do protótipo analisadas nas medidas de reflexão com a distribuição espacial do campo acústico. Essas medidas foram realizadas na amostra onde o processamento inclui somente a última etapa de fabricação consistindo na metalização de Al. A mesa, os contatos metálicos e o filme de polyimide não foram processados. A SAW foi crida por um transdutor split-finger projetado para o comprimento de

onda de 5.6 m. A frente de onda da SAW está representada pelas linhas finas na vertical, que se reproduzem com um período correspondente ao comprimento de onda da SAW.

Figura 7.3 Um sistema de interferômetro usado para medir a amplitude do deslocamentdo da

superfície (uz) induzido pela onda acústica [176].

O feixe da SAW mostra algumas divergências, mas tem aproximadamente a mesma largura que a abertura do IDT. As amplitudes acústicas são um pouco menores nos contatos metálicos de Al que ao redor do material de (Al,Ga)As. Com exceção desse comportamento, os contatos metálicos não alteram de maneira significativa a distribuição do campo acústico.

Figura 7.4 (a) Fotografia do dispositivo representado em função da intensidade da luz refletida e (b)

Distribuição do campo acústico obtidos nas áreas indicadas pela fotografia em (a). O campo acústico é representado em termos da amplitude vertical da componente uz. O protótipo foi fabricado somente

com a metalização com Al.

O pequeno impacto causado pelos contatos de Al é atribuído ao baixo contraste acústico entre o filme de Al e o material (Al,Ga)As, o que reflexões acústicas. Por outro lado, defeitos presentes no caminho de propagação da SAW podem produzir uma distorção significativa do campo da SAW. Um exemplo está mostrado pelo defeito marcado pela letra D na figura 7.4. Uma analise cuidadosa da figura mostra que o cone criado pelo defeito reduz significativamente o campo acústico na região entre -500 to -350 m.

As reflexões acústicas também dependem criticamente da escolha do material utilizado para a metalização. A figura 7.4 mostra o campo acústico do protótipo processado seguindo todas as etapas discutidas no capítulo anterior. Em complemento à metalização de Al, os contatos também foram cobertos com uma camada de Au (50 nm) para melhorar a condutividade e facilitar a solda dos fios com as conexões externas.

Figura 7.5 (a) Fotografia do dispositivo representado em função da intensidade de luz refletida e (b)

distribuição do campo acústico obtidos nas áreas indicadas pela fotografia em (a). O campo acústico é representado em termos da amplitude vertical da componente uz. O protótipo foi fabricado seguindo

Observa-se agora fortes reflexões provocadas pelos contatos metálicos devido ao alto contraste da impedância acústica entre Au e (AlGa)As. Nesse caso, essa distorção do campo acústico leva à formação de ondas estacionárias entre os contatos metálicos (x = 100 m), que podem reduzir a eficiência do transporte acústico. Além do mais, as amplitudes acústicas são drasticamente reduzidas após os contatos formados pelo filme de polyimide localizado antes dos contatos do tipo p e n ( x = 300 m). Essa absorção acústica pode prejudicar a eficiência para a coleta de portadores nos contatos do tipo p e n que estão localizados à direita dos contatos de polyimide.

7.3. Transporte acústico detectado ópticamente

A figura 7.6 apresenta o espectro de PL em função da potência do sinal elétrico aplicado ao transdutor.

Figura 7.6 - Transporte acústico detectado opticamente através de medidas de PL resolvida

espacialmente em função da potência de rádio-freqüência (PRF). Os portadores são criados no ponto indicado pela letra G (ver figura 6.5) através da incidência de um laser com comprimento de onda de 760 nm.

A SAW é gerada aplicando-se um sinal de rádio freqüência ao IDT com potência no intervalo de -15 dBm até 15 dBm. Entretanto, somente uma parte dessa energia é convertida em potência acústica. As medidas de fotoluminescência foram realizadas a partir de um laser com comprimento de onda de 760 nm incidindo no ponto G (ver figura 6.5). Observa-se que à medida que a amplitude da onda acústica aumenta o sinal de PL no ponto G reduz e alcança um valor de aproximadamente zero para PRF igual a 15 dBm. Esse resultado mostra que os

portadores criados no ponto G são transportados em direção aos contatos n e p.

Mais detalhes, relacionados ao transporte acústico, podem ser obtidos a partir de medidas da PL resolvida espacialmente. A técnica permite o monitoramento de toda a superfície do dispositivo. A figura 7.7 mostra a fotografia do dispositivo com os guias metálicos assim como os metais semi-transparentes (indicado pela letra S).

Figura 7.7 (a) Fotografia do protótipo I assim como imagens de fotoluminescência realizadas (b) na

ausência e (c) na presença de ondas acústicas de superfície. O laser incidente cria pares de elétrons e buracos na região indicada pela letra G.

Os metais semi-transparentes são evaporados sobre a superfície do dispositivo para reduzir a potência piezoelétrica da onda acústica e induzir a recombinação dos portadores [132,140,176]. A SAW, propagando de cima para baixo no diagrama, é gerada aplicando-se um sinal de radio freqüência no IDT com potência no intervalo de -20 dBm até 15 dBm. A imagem da PL obtida na ausência de SAW mostra uma distribuição ao redor do ponto de geração G cujo raio é determinado pela difusão dos portadores a partir da área de iluminação. Para pequenos valores de PRF a luminescência só na região onde os portadores são criados.

Nesse intervalo de PRF ainda não há transporte acústico e os portadores se recombinam no

mesmo local de geração. A partir de PRF > -10 dBm a SAW se torna suficientemente forte

para iniciar o transporte de portadores. O transporte acústico pode ser observado através da detecção da luminescência no G, o qual é atribuído à recombinação de portadores que foram transportados pela SAW. Além disso, a intensidade do sinal de PL no ponto G fica reduzida significativamente.

A maior parte da recombinação ocorre próxima aos contatos n e p, que estão localizados perpendicularmente à direção de propagação da SAW. Esses contatos metálicos reduzem o potencial piezoelétrico da SAW, cessando assim o transporte de portadores [176]. Conseqüentemente, ocorre uma acumulação de portadores na região antes dos contatos, resultando em aumento na recombinação longe do ponto de geração.

A figura 7.8 apresenta os resultados preliminares demonstrando o controle de elétrons e buracos durante o transporte. Para isso, os guias metálicos localizados lateralmente ao longo da direção de propagação da SAW são utilizados. Esses guias são depositados na superfície do dispositivo e têm a função de tanto guiar os portadores durante o transporte assim como de reduzir a probabilidade de recombinação durante o transporte acústico. Nesse experimento, tensões com polaridades opostas são aplicadas ao guias metálicos.

A região onde é observada uma intensa luminescência depende da polaridade da tensão, indicando assim que os guias metálicos podem ser utilizados para controlar o fluxo de

portadores durante o transporte. Uma possível explicação para o descolamento da PL, como resultado do potencial elétrico aplicada nos guias metálicos, deve-se ao aprisionamento preferencial de dos portadores debaixo do contato criada pela tensão.

Figura 7.8 (a) Fotografia do dispositivo e b-c) imagens de fotoluminescência em função das tensões com

polaridades opostas aplicadas ao guias metálicos para controlar o transporte acústico. A tensão aplicada altera o padrão de recombinação durante o transporte de portadores. O laser incidente cria pares elétron- buraco na região indicada pela letra G.

Devido à menor mobilidade, os buracos são mais susceptíveis ao aprisionamento do que os elétrons. Nesse caso, a acumulação de buracos próxima ao contato negativo cria uma região de carga espacial, a qual reduz o campo piezoelétrico da SAW. De acordo com esse modelo, um aumento da PL seria esperado próximo à região onde os buracos estão sendo

aprisionados (ou seja, próxima aos guias polarizados negativamente), em acordo com os resultados da figura 7.8.