I ricercatori dell'Università di Toronto, guidati dal Dr. Amr S. Helmy, hanno sviluppato un nuovo metodo per integrare il SiO elettroottico2/Eterointerfacce ITO in metallo–isolante–semiconduttore strutture (MIS). Si prevede che questa svolta porterà allo sviluppo di dispositivi fotonici più efficienti e compatti.
“Il nostro approccio preannuncia lo sviluppo di modulatori di guide d’onda plasmoniche compatibili con CMOS”, ha affermato il dottor Nasir Alfaraj, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato KAUST Ibn Rush presso l’Università di Toronto. “Ciò avrà un profondo impatto su un’ampia gamma di applicazioni, tra cui le telecomunicazioni, l’archiviazione dei dati e l’imaging medico”.
Il nuovo metodo prevede la crescita di un sottile strato di silice (SiO2) sopra ITO. Ciò crea un'eterointerfaccia che consente un significativo confinamento della luce e una modulazione elettro-ottica.
“Il SiO2/ITO eterointerfaccia, insieme all'integrazione di un Schottky Al/SiO2 giunzione e stack MIS, è un componente chiave del nostro dispositivo a guida d’onda ottica”, ha spiegato il dottor Helmy, il ricercatore principale dietro questo studio. “Ci consente di regolare le proprietà ottiche dello strato ITO utilizzando un campo elettrico”.
Nel loro articolo pubblicato in Leggero: produzione avanzata, i ricercatori del Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica Edward S. Rogers Sr. dell'Università di Toronto hanno dimostrato l'efficacia del loro nuovo metodo fabbricando due dispositivi MIS. Il primo dispositivo utilizzava un SiO2Eterostruttura /ITO cresciuta su sottile nitruro di titanio policristallino (poli-TiN) e ricoperta sul lato ITO con un elettrodo di contatto a film sottile di alluminio (Al). Il secondo dispositivo è una guida d'onda ottica che incorpora uno strato ITO semiconduttivo con SiO2 distanziatore dielettrico implementato su una piattaforma silicio su isolante (SOI).
Il dottor Charles Chih-Chin Lin, uno dei coautori dello studio, ha commentato: “Questa ricerca segna un progresso significativo nel campo della plasmonica. Crediamo che abbia il potenziale per rivoluzionare il modo in cui progettiamo e fabbrichiamo dispositivi fotonici”.
Il dottor Swati Rajput, un altro coautore dello studio, ha aggiunto: “Lo sviluppo di guide d’onda plasmoniche compatibili con CMOS è un passo fondamentale verso la realizzazione della prossima generazione di dispositivi ottici. La nostra ricerca fornisce un percorso promettente verso il raggiungimento di questo obiettivo”.
Sherif Nasif, un terzo coautore dello studio, ha osservato: “Siamo entusiasti delle potenziali applicazioni di questo la tecnologia. Immaginiamo un futuro in cui le guide d’onda plasmoniche giocheranno un ruolo fondamentale in una vasta gamma di settori, tra cui le telecomunicazioni, l’assistenza sanitaria e la produzione”.
Il nuovo metodo del ricercatore supera la sfida di integrare le strutture plasmoniche nella tecnologia CMOS utilizzando SiO2/ITOeterointerfacce. ITO è un ossido conduttivo trasparente compatibile con la tecnologia CMOS. SiO2 è un materiale dielettrico comunemente utilizzato nei dispositivi CMOS. Il SiO2L'eterointerfaccia /ITO fornisce un forte campo elettrico che può essere utilizzato per modulare la propagazione della luce nella guida d'onda plasmonica.
Entrambi i dispositivi hanno mostrato prestazioni eccellenti. La guida d'onda modulante la luce aveva un rapporto di estinzione (ER) maggiore di 1 dB/μm e una perdita di inserzione (IL) inferiore a 0.13 dB/μm per una lunghezza della guida d'onda di 10 µm. Il secondo dispositivo ha ottenuto la modulazione di ampiezza, fase o ampiezza in 4 quadrature.
La ricerca del team rappresenta un significativo passo avanti nello sviluppo di guide d’onda plasmoniche compatibili con CMOS. Il loro nuovo metodo renderà potenzialmente le guide d’onda plasmoniche più pratiche per una miriade di applicazioni.
“I nostri risultati dimostrano il potenziale di SiO2/ITOeterointerfacce per la modulazione della guida d'onda plasmonica compatibile con CMOS", ha affermato il dott. Alfaraj. “Crediamo che questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per sviluppare una nuova generazione di dispositivi fotonici”.
"Siamo molto entusiasti del potenziale di questa nuova tecnologia", ha affermato il dott. Helmy.