Các nhà nghiên cứu tại Đại học Toronto, dẫn đầu bởi Tiến sĩ Amr S. Helmy, đã phát triển một phương pháp mới để tích hợp SiO quang điện2/ITO dị giao diện thành kim loại–chất cách điện–bán dẫn (MIS) cấu trúc. Bước đột phá này dự kiến sẽ dẫn đến sự phát triển của các thiết bị quang tử nhỏ gọn và hiệu quả hơn.
Tiến sĩ Nasir Alfaraj, tác giả chính của nghiên cứu và là Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ KAUST Ibn Rush tại Đại học Toronto, cho biết: “Phương pháp tiếp cận của chúng tôi báo trước sự phát triển của bộ điều biến ống dẫn sóng plasmonic tương thích với CMOS”. “Điều này sẽ có tác động sâu sắc đến nhiều ứng dụng, bao gồm viễn thông, lưu trữ dữ liệu và hình ảnh y tế.”
Phương pháp mới liên quan đến việc nuôi một lớp mỏng silica (SiO2) trên ITO. Điều này tạo ra một giao diện không đồng nhất cho phép giam giữ ánh sáng và điều chế quang điện đáng kể.
“SiO2/Giao diện dị ITO, cùng với sự tích hợp của Schottky Al/SiO2 Tiến sĩ Helmy, nhà nghiên cứu chính đằng sau nghiên cứu này, giải thích: mối nối và ngăn xếp MIS, là thành phần chính của thiết bị ống dẫn sóng quang của chúng tôi. “Nó cho phép chúng tôi điều chỉnh các đặc tính quang học của lớp ITO bằng điện trường.”
Trong bài báo của họ được xuất bản trong Ánh sáng: Sản xuất tiên tiến, các nhà nghiên cứu từ Khoa Kỹ thuật Điện & Máy tính Edward S. Rogers Sr. tại Đại học Toronto đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp mới của họ bằng cách chế tạo hai thiết bị MIS. Thiết bị đầu tiên sử dụng SiO2/Cấu trúc dị thể ITO phát triển trên titan nitrit đa tinh thể mỏng (poly-TiN) và được phủ ở phía ITO bằng điện cực tiếp xúc màng mỏng bằng nhôm (Al). Thiết bị thứ hai là ống dẫn sóng quang kết hợp lớp ITO bán dẫn với SiO2 miếng đệm điện môi được triển khai trên nền tảng silicon trên chất cách điện (SOI).
Tiến sĩ Charles Chih-Chin Lin, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu, nhận xét: “Nghiên cứu này đánh dấu một tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực plasmonics. Chúng tôi tin rằng nó có tiềm năng cách mạng hóa cách chúng ta thiết kế và chế tạo các thiết bị quang tử.”
Tiến sĩ Swati Rajput, một đồng tác giả khác của nghiên cứu, cho biết thêm: “Việc phát triển ống dẫn sóng plasmonic tương thích với CMOS là một bước quan trọng để hiện thực hóa thế hệ thiết bị quang học tiếp theo. Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp một lộ trình đầy hứa hẹn để đạt được mục tiêu này.”
Sherif Nasif, đồng tác giả thứ ba của nghiên cứu, nhận xét: “Chúng tôi rất vui mừng về những ứng dụng tiềm năng của phương pháp này. công nghệ. Chúng tôi hình dung ra một tương lai nơi các ống dẫn sóng plasmonic đóng vai trò then chốt trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm viễn thông, chăm sóc sức khỏe và sản xuất.”
Phương pháp mới của nhà nghiên cứu vượt qua thách thức tích hợp cấu trúc plasmonic vào công nghệ CMOS sử dụng SiO2/ITO các giao diện khác nhau. ITO là một oxit dẫn điện trong suốt tương thích với công nghệ CMOS. SiO2 là vật liệu điện môi thường được sử dụng trong các thiết bị CMOS. SiO2/Giao diện dị vòng ITO cung cấp một điện trường mạnh có thể được sử dụng để điều chỉnh sự truyền ánh sáng trong ống dẫn sóng plasmonic.
Cả hai thiết bị đều thể hiện hiệu suất tuyệt vời. Ống dẫn sóng điều chế ánh sáng có tỷ số tắt (ER) lớn hơn 1 dB/µm và suy hao chèn (IL) nhỏ hơn 0.13 dB/µm đối với chiều dài ống dẫn sóng 10 µm. Thiết bị thứ hai đạt được điều chế biên độ, pha hoặc biên độ 4 bậc hai.
Nghiên cứu của nhóm là một bước tiến đáng kể trong việc phát triển các ống dẫn sóng plasmonic tương thích với CMOS. Phương pháp mới của họ có khả năng sẽ làm cho các ống dẫn sóng plasmonic trở nên thiết thực hơn cho rất nhiều ứng dụng.
“Kết quả của chúng tôi chứng minh tiềm năng của SiO2/ITO các giao diện dị vòng để điều chế ống dẫn sóng plasmonic tương thích với CMOS,” Tiến sĩ Alfaraj cho biết. “Chúng tôi tin rằng công nghệ này có thể được sử dụng để phát triển một thế hệ thiết bị quang tử mới.”
Tiến sĩ Helmy cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng về tiềm năng của công nghệ mới này.