Pesquisadores da Universidade de Toronto, liderados pelo Dr. Amr S. Helmy, desenvolveram um novo método para integrar SiO eletro-óptico2/ITO heterointerfaces em metal–isolante–Semicondutor (MIS). Espera-se que este avanço leve ao desenvolvimento de dispositivos fotônicos mais eficientes e compactos.
“Nossa abordagem anuncia o desenvolvimento de moduladores de guia de ondas plasmônicos compatíveis com CMOS”, disse o Dr. Nasir Alfaraj, principal autor do estudo e bolsista de pós-doutorado KAUST Ibn Rush na Universidade de Toronto. “Isso terá um impacto profundo em uma ampla gama de aplicações, incluindo telecomunicações, armazenamento de dados e imagens médicas.”
O novo método envolve o cultivo de uma fina camada de sílica (SiO2) além do ITO. Isso cria uma heterointerface que permite um confinamento de luz significativo e modulação eletro-óptica.
“O SiO2/ITO heterointerface, juntamente com a integração de um Schottky Al/SiO2 junção e pilha MIS, é um componente chave do nosso dispositivo de guia de ondas óptico”, explicou o Dr. Helmy, o investigador principal por trás deste estudo. “Isso nos permite ajustar as propriedades ópticas da camada ITO usando um campo elétrico.”
Em seu artigo publicado em Luz: Manufatura Avançada, pesquisadores do Departamento Edward S. Rogers Sr. de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Toronto demonstraram a eficácia de seu novo método ao fabricar dois dispositivos MIS. O primeiro dispositivo empregou um SiO2Heteroestrutura /ITO cultivada em nitreto de titânio policristalino fino (poli-TiN) e tampada no lado ITO com um eletrodo de contato de filme fino de alumínio (Al). O segundo dispositivo é um guia de ondas óptico que incorpora uma camada semicondutora de ITO com um SiO2 espaçador dielétrico implementado em uma plataforma de silício sobre isolante (SOI).
Charles Chih-Chin Lin, um dos coautores do estudo, comentou: “Esta pesquisa marca um avanço significativo no campo da plasmônica. Acreditamos que tem o potencial de revolucionar a forma como projetamos e fabricamos dispositivos fotônicos.”
Swati Rajput, outro coautor do estudo, acrescentou: “O desenvolvimento de guias de ondas plasmônicas compatíveis com CMOS é um passo crítico para a realização da próxima geração de dispositivos ópticos. Nossa pesquisa fornece um caminho promissor para alcançar esse objetivo.”
Sherif Nasif, um terceiro coautor do estudo, comentou: “Estamos entusiasmados com as aplicações potenciais deste tecnologia. Prevemos um futuro onde os guias de ondas plasmônicas desempenhem um papel fundamental em uma ampla gama de indústrias, incluindo telecomunicações, saúde e manufatura.”
O novo método do pesquisador supera o desafio de integrar estruturas plasmônicas à tecnologia CMOS utilizando SiO2/ITO heterointerfaces. ITO é um óxido condutor transparente compatível com a tecnologia CMOS. SiO2 é um material dielétrico comumente usado em dispositivos CMOS. O SiO2A heterointerface /ITO fornece um forte campo elétrico que pode ser usado para modular a propagação da luz no guia de ondas plasmônico.
Ambos os dispositivos exibiram excelente desempenho. O guia de ondas modulador de luz tinha uma taxa de extinção (ER) superior a 1 dB/µm e uma perda de inserção (IL) inferior a 0.13 dB/µm para um comprimento de guia de ondas de 10 µm. O segundo dispositivo alcançou modulação de amplitude, fase ou amplitude de 4 quadraturas.
A pesquisa da equipe é um passo significativo no desenvolvimento de guias de ondas plasmônicas compatíveis com CMOS. Seu novo método tornará potencialmente os guias de ondas plasmônicos mais práticos para uma infinidade de aplicações.
“Nossos resultados demonstram o potencial do SiO2/ITO heterointerfaces para modulação de guia de ondas plasmônica compatível com CMOS”, disse o Dr. “Acreditamos que esta tecnologia poderia ser usada para desenvolver uma nova geração de dispositivos fotônicos.”
“Estamos muito entusiasmados com o potencial desta nova tecnologia”, disse o Dr. Helmy.