Ny diode har optisk styret kapacitans

Et team af forskere ved Israel Institute of Technology har udviklet en ny kondensator med en metal-isolator-halvleder (MIS) diode struktur, der kan indstilles ved belysning. Kondensatoren, som indeholder indlejrede metal nanopartikler, ligner en metal-isolator-metal (MIM) diode, bortset fra at kapacitansen for den nye enhed afhænger af belysning og udviser en stærk frekvensspredning, muliggør en høj grad af afstemning.

Denne nye kondensator har potentiale til at forbedre den trådløse kapacitet til informationsbehandling, sensing og telekommunikation. Forskerne rapporterer deres fund i denne uge i Journal of Applied Physics .

"Vi har udviklet en kondensator med den unikke evne til at indstille kapacitansen i store mængder ved hjælp af lys. Sådanne ændringer er ikke mulige i nogen anden enhed, "sagde Gadi Eisenstein, professor og direktør for Russell Berrie Nanotechnology Institute ved Technion Israel Institute of Technology i Haifa og medforfatter af papiret. "Den observerede fotofølsomhed for denne MIS-diodestruktur udvider sit potentiale i optoelektroniske kredsløb, der kan bruges som en lysfølsom variabel kondensator i fjernmålingskredsløb."

MIM -dioder er almindelige elementer i elektroniske enheder, især dem, der anvender radiofrekvenskredsløb. De omfatter tyndfilmede metalpladeelektroder, der er adskilt af en isolator. Ligesom MIM -strukturen, forskernes nye MIS -kondensator er bias -uafhængig, hvilket betyder, at den konstante kapacitans er uafhængig af dens forsyningsspænding. Bias-uafhængige kondensatorer er vigtige for høj linearitet, og derfor ligefrem forudsigelighed, af kredsløbets ydeevne.

"Vi har demonstreret, at vores MIS -struktur er bedre end en standard MIM -diode, "sagde Vissarion (Beso) Mikhelashvili, seniorforsker ved Israel Institute of Technology og også medforfatter af papiret. "På den ene side, den har alle funktionerne i en MIM -enhed, men spændingsuafhængig kapacitans kan indstilles af lys, hvilket betyder, at tuningsfunktionen kan inkorporeres i fotoniske kredsløb. "

"Belysningen forårsager en dobbelt effekt, "Sagde Eisenstein." Først, excitation af fældetilstande forbedrer den interne polarisering. Sekund, det øger minoritetens bærertæthed (på grund af fotogenerering) og reducerer bredden på udtømningsområdet. Denne ændring ændrer kapacitansen. "

Forskerne oprettede tre MIS -strukturer, fremstillet på et bulk siliciumsubstrat, baseret på en flerlags dielektrisk stak, som bestod af en tynd termisk siliciumdioxidfilm og et hafniumoxidlag. De to lag blev adskilt af strontiumfluorid (SrF2) underlag, hvor ferrum (Fe, jern) eller kobolt (Co) nanopartikler blev indlejret.

Forskerne fandt ud af, at jernatomernes fluoriderings-oxidationsproces forårsager dannelse af en gradient i valionstilstanden af ​​jernioner på tværs af det aktive lag, hvilket resulterer i generering af en elektronisk polarisering. Polarisationen forårsager en bias-uafhængig udtømningsregion og dermed en karakteristik af MIM-typen.

Fire yderligere strukturer blev udarbejdet til sammenligning:To manglede SrF2 -underlag og en af ​​dem blev forberedt uden jernfilmen. De to andre strukturer indeholdt SrF2:Den ene havde ikke kobolt, og den anden inkluderede et et-nanometer Co-lag.

Sammenligningen med andre MIS-kondensatorer, der indeholdt metal-nanopartiklerne med eller uden SrF2-underlagene, førte til den entydige konklusion, at kun enheder bestående af kombinationen af ​​Fe og SrF2 gør MIS-strukturen til en fotofølsom MIM-lignende struktur.