Penyelidik di Universiti Toronto, diketuai oleh Dr. Amr S. Helmy, telah membangunkan kaedah baharu untuk mengintegrasikan SiO elektro-optik2/ ITO heterointerfaces ke dalam penebat logam–semikonduktor (MIS) struktur. Kejayaan ini dijangka membawa kepada pembangunan peranti fotonik yang lebih cekap dan padat.
"Pendekatan kami menandakan pembangunan modulator pandu gelombang plasmonik yang serasi dengan CMOS," kata Dr Nasir Alfaraj, pengarang utama kajian itu dan Felo Pasca Doktoral KAUST Ibn Rush di Universiti Toronto. "Ini akan memberi impak yang mendalam pada pelbagai aplikasi, termasuk telekomunikasi, penyimpanan data dan pengimejan perubatan."
Kaedah novel melibatkan pertumbuhan lapisan nipis silika (SiO2) di atas ITO. Ini mencipta antara muka hetero yang membolehkan kurungan cahaya yang ketara dan modulasi elektro-optik.
“SiO2/ITO heterointerface, bersama-sama dengan penyepaduan Schottky Al/SiO2 simpang dan timbunan MIS, adalah komponen utama peranti pandu gelombang optik kami,” jelas Dr. Helmy, penyiasat utama di sebalik kajian ini. "Ia membolehkan kami menala sifat optik lapisan ITO menggunakan medan elektrik."
Dalam kertas kerja mereka yang diterbitkan dalam Cahaya: Pembuatan Termaju, penyelidik dari Jabatan Kejuruteraan Elektrik & Komputer The Edward S. Rogers Sr. di Universiti Toronto menunjukkan keberkesanan kaedah baharu mereka dengan mengarang dua peranti MIS. Peranti pertama menggunakan SiO2/ITO heterostruktur yang ditanam pada polihabluran titanium nitrida nipis (poli-TiN) dan dihadkan pada bahagian ITO dengan elektrod sentuhan filem nipis aluminium (Al). Peranti kedua ialah pandu gelombang optik yang menggabungkan lapisan ITO semikonduktif dengan SiO2 pengatur jarak dielektrik dilaksanakan pada platform silikon-pada-penebat (SOI).
Dr. Charles Chih-Chin Lin, salah seorang pengarang bersama kajian, mengulas, “Penyelidikan ini menandakan kemajuan yang ketara dalam bidang plasmonik. Kami percaya bahawa ia mempunyai potensi untuk merevolusikan cara kami mereka bentuk dan mengarang peranti fotonik."
Dr. Swati Rajput, seorang lagi pengarang bersama kajian itu, menambah, “Pembangunan pandu gelombang plasmonik serasi CMOS adalah langkah kritikal ke arah merealisasikan peranti optik generasi akan datang. Penyelidikan kami menyediakan laluan yang menjanjikan ke arah mencapai matlamat ini."
Sherif Nasif, pengarang bersama ketiga kajian itu, berkata, "Kami sangat teruja dengan potensi aplikasi ini. teknologi. Kami membayangkan masa depan di mana pandu gelombang plasmonik memainkan peranan penting dalam pelbagai industri, termasuk telekomunikasi, penjagaan kesihatan dan pembuatan."
Kaedah baharu penyelidik mengatasi cabaran untuk mengintegrasikan struktur plasmonik ke dalam teknologi CMOS menggunakan SiO2/ ITO heterointerfaces. ITO ialah oksida konduktif lutsinar yang serasi dengan teknologi CMOS. SiO2 ialah bahan dielektrik yang biasa digunakan dalam peranti CMOS. SiO2/ITO heterointerface menyediakan medan elektrik yang kuat yang boleh digunakan untuk memodulasi perambatan cahaya dalam pandu gelombang plasmonik.
Kedua-dua peranti mempamerkan prestasi cemerlang. Pandu gelombang pemodulasi cahaya mempunyai nisbah kepupusan (ER) lebih besar daripada 1 dB/µm dan kehilangan sisipan (IL) kurang daripada 0.13 dB/µm untuk panjang pandu gelombang 10 µm. Peranti kedua mencapai modulasi amplitud, fasa, atau 4-kuadrat amplitud.
Penyelidikan pasukan itu merupakan langkah penting ke hadapan dalam membangunkan pandu gelombang plasmonik yang serasi dengan CMOS. Kaedah baharu mereka berpotensi menjadikan pandu gelombang plasmonik lebih praktikal untuk pelbagai aplikasi.
"Keputusan kami menunjukkan potensi SiO2/ ITO heterointerfaces untuk modulasi pandu gelombang plasmonik yang serasi dengan CMOS,” kata Dr. Alfaraj. "Kami percaya teknologi ini boleh digunakan untuk membangunkan peranti fotonik generasi baharu."
"Kami sangat teruja dengan potensi teknologi baharu ini," kata Dr. Helmy.