Photonic microcavities and photonic sponges based on silicon colloids

Abstract

El silicio es un material de suma importancia en microelectronica y en fotonica. Las propiedades semiconductoras del silicio estan detras de los conceptos que gobiernan el funcionamiento de la mayoría de los dispositivos electronicos como los diodos y los transistores. El concepto de integracion ha permitido procesar dispositivos muy pequeños, llegando a alcanzar un tamaño nanometrico. El alto indice de refraccion del silicio permite confinar la luz en estructuras de tamaño micrometrico. Este es el caso de dispositivos fotonicos tales como las guias de onda y las cavidades. Usualmente, tanto los dispositivos fotonicos como los electronicos estan basados en la tecnologia planar, es decir poseen una topologia plana, siendo esto una fuente de perdidas. Es bien conocido que las cavidades esfericas confinan la luz con mas eficiencia que las cavidades planares. Esta tesis trata sobre el desarrollo de un nuevo tipo de microparticulas esfericas que llamamos Coloides de Silicio. Debido a su forma esferica, su alto indice de refraccion y su suave superficie, estas particulas funcionan como microcavidades opticas con modos resonantes bien definidos en el infrarrojo cercano. La tesis reporta sobre la sintesis, y las propiedades estructurales y opticas de los coloides de silicio con diametro entre 0.5 y 3.5 micrometros. Los coloides de silicio pueden facilitar el desarrollo de microcavidades de alto factor de calidad con alta eficiencia de confinamiento de la luz, y permitir la integracion de dispositivos electronicos y fotonicos tales como una union p-n en una sola particula coloidal. Esta tesis reporta tambien sobre los coloides de silicio como elementos integrantes de las Esponjas Fotonicas, las cuales estan formadas por una red desordenada de microesferas de silicio de diferentes tamaños, e interaccionan con la luz fuertemente en un ancho rango de longitudes de onda.