חוקרים מאוניברסיטת טורונטו, בראשות ד"ר אמר ס. הלמי, פיתחו שיטה חדשה לשילוב אלקטרו-אופטי SiO2/ITO הטרו-ממשק לתוך מתכת-מבודד-סמיקונדקטור מבנים (MIS). פריצת דרך זו צפויה להוביל לפיתוח של מכשירים פוטוניים יעילים וקומפקטיים יותר.
"הגישה שלנו מבשרת את הפיתוח של מאפננים של מולי גל פלסמוני תואמים ל-CMOS", אמר ד"ר נאסיר אלפראג', המחבר הראשי של המחקר ועמית פוסט-דוקטורט של KAUST Ibn Rush באוניברסיטת טורונטו. "תהיה לכך השפעה עמוקה על מגוון רחב של יישומים, כולל טלקומוניקציה, אחסון נתונים והדמיה רפואית."
השיטה החדשה כוללת גידול שכבה דקה של סיליקה (SiO2) על גבי ITO. זה יוצר ממשק הטרו המאפשר כליאת אור משמעותית ואפנון אלקטרו-אופטי.
"ה- SiO2/ITO heterointerface, יחד עם שילוב של Schottky Al/SiO2 צומת וערימת MIS, הם מרכיב מפתח בהתקן מוליך הגלים האופטי שלנו", הסביר ד"ר הלמי, החוקר הראשי מאחורי מחקר זה. "זה מאפשר לנו לכוון את המאפיינים האופטיים של שכבת ה-ITO באמצעות שדה חשמלי."
במאמרם שפורסם ב אור: ייצור מתקדם, חוקרים מהמחלקה להנדסת חשמל ומחשבים של Edward S. Rogers Sr באוניברסיטת טורונטו הדגימו את היעילות של השיטה החדשה שלהם על ידי ייצור שני התקני MIS. המכשיר הראשון השתמש ב-SiO2הטרומבנה /ITO גדל על גבי טיטניום ניטריד דק (פולי-TiN) ומכוסה בצד ה-ITO באלקטרודת מגע מסוג אלומיניום (Al). המכשיר השני הוא מוליך גל אופטי המשלב שכבת ITO מוליכה למחצה עם SiO2 מרווח דיאלקטרי מיושם על פלטפורמת סיליקון-על-מבודד (SOI).
ד"ר צ'רלס צ'י-צ'ין לין, אחד ממחברי המחקר, הגיב: "מחקר זה מסמן התקדמות משמעותית בתחום הפלסמוניקה. אנחנו מאמינים שיש לזה פוטנציאל לחולל מהפכה בדרך שבה אנחנו מעצבים ומייצרים מכשירים פוטוניים".
ד"ר Swati Rajput, מחבר נוסף של המחקר, הוסיף, "פיתוחם של מוליכי גל פלסמוניים תואמי CMOS הוא צעד קריטי לקראת מימוש הדור הבא של מכשירים אופטיים. המחקר שלנו מספק נתיב מבטיח להשגת מטרה זו."
שריף נאסיף, מחבר שותף שלישי של המחקר, ציין, "אנו נרגשים מהיישומים הפוטנציאליים של זה טֶכנוֹלוֹגִיָה. אנו רואים עתיד שבו מובילי גל פלסמוניים ממלאים תפקיד מרכזי במגוון רחב של תעשיות, כולל טלקומוניקציה, שירותי בריאות וייצור".
השיטה החדשה של החוקר מתגברת על האתגר של שילוב מבנים פלסמונים בטכנולוגיית CMOS תוך שימוש ב-SiO2/ITO heterointerfaces. ITO היא תחמוצת מוליכה שקופה התואמת לטכנולוגיית CMOS. SiO2 הוא חומר דיאלקטרי שנמצא בשימוש נפוץ בהתקני CMOS. ה-SiO2/ITO heterointerface מספק שדה חשמלי חזק שניתן להשתמש בו כדי לווסת התפשטות האור במוליך הגל הפלסמוני.
שני המכשירים הציגו ביצועים מצוינים. למוביל הגל המאפנן אור היה יחס הכחדה (ER) גדול מ-1 dB/µm והפסד החדרה (IL) של פחות מ-0.13 dB/µm עבור אורך מוליך גל של 10 µm. המכשיר השני השיג אפנון משרעת, פאזה או אמפליטודה של 4 נבועים.
המחקר של הצוות הוא צעד משמעותי קדימה בפיתוח מוליכי גל פלסמוניים תואמי CMOS. השיטה החדשה שלהם עשויה להפוך את מובילי הגל הפלסמוניים למעשיים יותר עבור שפע של יישומים.
"התוצאות שלנו מדגימות את הפוטנציאל של SiO2/ITO heterointerfaces עבור אפנון מוליך גל פלסמוני תואם CMOS," אמר ד"ר Alfaraj. "אנו מאמינים שניתן להשתמש בטכנולוגיה הזו לפיתוח דור חדש של מכשירים פוטוניים."
"אנחנו מאוד נרגשים מהפוטנציאל של הטכנולוגיה החדשה הזו", אמר ד"ר הלמי.