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Main Title: Spatially resolved refractive index detection based on SOI ring resonators
Translated Title: Räumlich aufgelöste Brechungsindex-Detektion basierend auf SOI-Ring-Resonatoren
Author(s): Jäger, Matthias
Advisor(s): Petermann, Klaus
Referee(s): Petermann, Klaus
Koos, Christian
Zimmermann, Lars
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: This PhD thesis addresses the application of silicon photonics for the examination of thin layers. Due to evanescent fields ring resonators that interact with their surroundings. This is used to obtain information about thin layers deposited on their surface. Waveguides that differ in geometry are used to generate evanescent fields of different penetration depth. The combination of multiple ring resonators consisting of these different waveguides is used to obtain depth resolved information about the refractive index above the sensor surface. In this way the layer thickness and refractive index of a layer homogeneously deposited on the ring resonators are determined. This work includes the theoretical analysis of the feasibility of such sensor systems, the achievable resolution and the influence of production tolerances in the waveguide dimensions. Furthermore experiments in which the newly developed method is applied to thin layers of aluminum oxide and titanium nitride are included.
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Anwendung der Silizium Photonik für die Untersuchung dünner Schichten. Ring Resonatoren, die aufgrund evaneszenter Felder mit ihrer Umgebung interagieren, werden genutzt um Informationen über auf ihnen abgeschiedene Schichten zu gewinnen. Dabei werden Wellenleiter unterschiedlicher Geometrie verwendet um evaneszente Felder unterschiedlicher Eindringtiefe zu erzeugen. Durch die Kombination mehrerer Ringresonatoren, die aus solchen unterschiedlichen Wellenleitern bestehen, werden höhenaufgelöste Informationen über den Brechungsindex oberhalb der Sensoroberfläche gewonnen. Für eine gleichmäßig über die Ringresonatoren abgeschiedene Schicht wird so gleichzeitig die Schichtdicke sowie der Brechungsindex der Schicht bestimmt. Neben Theoretischen Untersuchungen zur Realisierbarkeit, der erreichbaren Genauigkeit und dem Einfluss von Ungenauigkeiten bei der Herstellung der Wellenleiter umfasst diese Arbeit auch Experimente bei denen dünne Schichten aus Aluminiumoxid und Titannitrid mit dem neu entwickelten Verfahren untersucht werden.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6002
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5589
Exam Date: 27-Oct-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 30-Nov-2016
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Silicon-on-Insulator
silicon photonics
ring resonator
sensor technology
thin layer
Silizium-Photonik
Ringresonator
Sensorik
Dünnschicht
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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