นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโตรอนโตซึ่งนำโดย Dr. Amr S. Helmy ได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการบูรณาการ SiO แบบอิเล็กโทรออปติก2/ITO เฮเทอโรอินเทอร์เฟซเป็นโลหะ–ฉนวน–สารกึ่งตัวนำ โครงสร้าง (MIS) ความก้าวหน้าครั้งนี้คาดว่าจะนำไปสู่การพัฒนาอุปกรณ์โฟโตนิกที่มีประสิทธิภาพและมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น
ดร. Nasir Alfaraj ผู้เขียนหลักของการศึกษาและนักวิจัยหลังปริญญาเอกของ KAUST Ibn Rush จากมหาวิทยาลัยโตรอนโตกล่าวว่า "แนวทางของเราถือเป็นการพัฒนาตัวปรับคลื่นท่อนำคลื่นพลาสโมนิคที่เข้ากันได้กับ CMOS" “สิ่งนี้จะมีผลกระทบอย่างมากต่อการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงโทรคมนาคม การจัดเก็บข้อมูล และการสร้างภาพทางการแพทย์”
วิธีการใหม่นี้เกี่ยวข้องกับการปลูกซิลิกาชั้นบาง ๆ (SiO2) ที่ด้านบนของ ITO สิ่งนี้จะสร้างอินเทอร์เฟซแบบเฮเทอโรอินเทอร์เฟซที่ช่วยให้สามารถจำกัดแสงได้อย่างมากและการปรับด้วยไฟฟ้าออปติก
“ซีโอ2/ITO อินเทอร์เฟซเฮเทอโร พร้อมการบูรณาการ Schottky Al/SiO2 จุดเชื่อมต่อและ MIS stack เป็นองค์ประกอบสำคัญของอุปกรณ์นำคลื่นแสงของเรา” ดร. เฮลมี ผู้วิจัยหลักที่อยู่เบื้องหลังการศึกษาวิจัยนี้อธิบาย "ช่วยให้เราสามารถปรับคุณสมบัติทางแสงของชั้น ITO ได้โดยใช้สนามไฟฟ้า"
ในบทความของพวกเขาตีพิมพ์ใน เบา: การผลิตขั้นสูงนักวิจัยจาก The Edward S. Rogers Sr. Department of Electrical & Computer Engineering แห่งมหาวิทยาลัยโตรอนโต แสดงให้เห็นถึงประสิทธิผลของวิธีการใหม่ของพวกเขาโดยการสร้างอุปกรณ์ MIS สองเครื่อง อุปกรณ์เครื่องแรกใช้ SiO2/โครงสร้างเฮเทอโรของ ITO ที่ปลูกบนไททาเนียมไนไตรด์โพลีคริสตัลไลน์บาง ๆ (โพลี-TiN) และต่อยอดที่ด้าน ITO ด้วยอิเล็กโทรดหน้าสัมผัสแบบฟิล์มบางอะลูมิเนียม (Al) อุปกรณ์ตัวที่สองคือท่อนำคลื่นแบบออปติคอลที่รวมเอาชั้น ITO แบบกึ่งตัวนำเข้ากับ SiO2 ตัวเว้นระยะอิเล็กทริกนำมาใช้บนแพลตฟอร์มซิลิคอนออนฉนวน (ซอย)
ดร. Charles Chih-Chin Lin หนึ่งในผู้ร่วมวิจัยกล่าวว่า "การวิจัยครั้งนี้ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านพลาสโมนิกส์ เราเชื่อว่ามีศักยภาพที่จะปฏิวัติวิธีที่เราออกแบบและสร้างอุปกรณ์โฟโตนิก”
ดร. Swati Rajput ผู้ร่วมเขียนการศึกษาอีกคนหนึ่งกล่าวเสริมว่า "การพัฒนาท่อนำคลื่นพลาสโมนิคที่เข้ากันได้กับ CMOS ถือเป็นก้าวสำคัญในการทำให้อุปกรณ์ออพติคัลเจเนอเรชั่นต่อไปเป็นจริง การวิจัยของเราเป็นแนวทางที่มีแนวโน้มในการบรรลุเป้าหมายนี้”
Sherif Nasif ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยคนที่สามกล่าวว่า "เรารู้สึกตื่นเต้นกับการนำสิ่งนี้ไปประยุกต์ใช้ เทคโนโลยี. เรามองเห็นอนาคตที่ท่อนำคลื่นพลาสโมนิกมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย รวมถึงโทรคมนาคม การดูแลสุขภาพ และการผลิต”
วิธีการใหม่ของนักวิจัยเอาชนะความท้าทายในการรวมโครงสร้างพลาสโมนิกเข้ากับเทคโนโลยี CMOS โดยใช้ SiO2/อินเทอร์เฟซเฮเทอโร ITO ITO เป็นออกไซด์นำไฟฟ้าโปร่งใสที่เข้ากันได้กับเทคโนโลยี CMOS SiO2 เป็นวัสดุอิเล็กทริกที่ใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์ CMOS ซีโอ2/ITO เฮเทอโรอินเทอร์เฟซให้สนามไฟฟ้าแรงสูงที่สามารถใช้เพื่อปรับการแพร่กระจายของแสงในท่อนำคลื่นพลาสโมนิก
อุปกรณ์ทั้งสองแสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม ท่อนำคลื่นแบบปรับแสงมีอัตราส่วนการสูญเสีย (ER) มากกว่า 1 dB/µm และการสูญเสียการแทรก (IL) น้อยกว่า 0.13 dB/µm สำหรับความยาวท่อนำคลื่น 10 µm อุปกรณ์ตัวที่สองบรรลุการปรับแอมพลิจูดแอมพลิจูด เฟส หรือ 4 สี่เหลี่ยมจัตุรัส
การวิจัยของทีมถือเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาท่อนำคลื่นพลาสโมนิคที่เข้ากันได้กับ CMOS วิธีการใหม่ของพวกเขาอาจทำให้ท่อนำคลื่นพลาสโมนิกมีประโยชน์มากขึ้นสำหรับการใช้งานมากมายเหลือเฟือ
“ผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของ SiO2/ITO อินเทอร์เฟซเฮเทอโรอินเทอร์เฟซสำหรับการปรับท่อนำคลื่นพลาสโมนิกที่เข้ากันได้กับ CMOS” ดร. อัลฟาราจกล่าว “เราเชื่อว่าเทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ในการพัฒนาอุปกรณ์โฟโตนิกรุ่นใหม่ได้”
“เรารู้สึกตื่นเต้นมากกับศักยภาพของเทคโนโลยีใหม่นี้” ดร. เฮลมีกล่าว