Ny metode til at integrere elektro-optiske heterogrænseflader i MIS-strukturer til plasmonisk bølgeledermodulation

Forskere ved University of Toronto, ledet af Dr. Amr S. Helmy, har udviklet en ny metode til at integrere elektro-optisk SiO₂ /ITO heterogrænseflader til metal-isolator-halvleder (MIS) strukturer. Dette gennembrud forventes at føre til udviklingen af ​​mere effektive og kompakte fotoniske enheder.

"Vores tilgang varsler udviklingen af ​​CMOS-kompatible plasmoniske bølgeledermodulatorer," sagde Dr. Nasir Alfaraj, studiets hovedforfatter og en KAUST Ibn Rush Postdoctoral Fellow ved University of Toronto. "Dette vil have en dybtgående indvirkning på en lang række applikationer, herunder telekommunikation, datalagring og medicinsk billedbehandling."

Den nye metode involverer dyrkning af et tyndt lag silica (SiO₂ ) oven på ITO. Dette skaber en heterogrænseflade, der giver mulighed for betydelig lysindskrænkning og elektro-optisk modulation.

"SiO₂ /ITO heterointerface, sammen med integrationen af ​​en Schottky Al/SiO₂ junction og MIS stack, er en nøglekomponent i vores optiske bølgelederenhed," forklarede Dr. Helmy, hovedforskeren bag denne undersøgelse. "Det gør det muligt for os at tune de optiske egenskaber af ITO-laget ved hjælp af et elektrisk felt."

I deres papir udgivet i Light:Advanced Manufacturing , viste forskere fra The Edward S. Rogers Sr. Department of Electrical &Computer Engineering ved University of Toronto effektiviteten af ​​deres nye metode ved at fremstille to MIS-enheder. Den første enhed brugte en SiO₂ /ITO-heterostruktur dyrket på tyndt polykrystallinsk titaniumnitrid (poly-TiN) og lukket på ITO-siden med en tyndfilmskontaktelektrode af aluminium (Al). Den anden enhed er en optisk bølgeleder, der inkorporerer et halvledende ITO-lag med en SiO₂ dielektrisk afstandsstykke implementeret på en silicium-på-isolator (SOI) platform.

Dr. Charles Chih-Chin Lin, en af ​​undersøgelsens medforfattere, kommenterede:"Denne forskning markerer et betydeligt fremskridt inden for plasmonik. Vi mener, at det har potentialet til at revolutionere den måde, vi designer og fremstiller fotoniske enheder på."

Dr. Swati Rajput, en anden medforfatter af undersøgelsen, tilføjede:"Udviklingen af ​​CMOS-kompatible plasmoniske bølgeledere er et kritisk skridt i retning af at realisere den næste generation af optiske enheder. Vores forskning giver en lovende vej mod at nå dette mål."

Sherif Nasif, en tredje medforfatter af undersøgelsen, bemærkede:"Vi er begejstrede for de potentielle anvendelser af denne teknologi. Vi forestiller os en fremtid, hvor plasmoniske bølgeledere spiller en central rolle i en lang række industrier, herunder telekommunikation, sundhedspleje, og fremstilling."

Forskerens nye metode overvinder udfordringen med at integrere plasmoniske strukturer i CMOS-teknologi ved hjælp af SiO₂ /ITO heterogrænseflader. ITO er en transparent ledende oxid, der er kompatibel med CMOS-teknologi. SiO₂ er et dielektrisk materiale, der almindeligvis anvendes i CMOS-enheder. SiO₂ /ITO heterointerface giver et stærkt elektrisk felt, der kan bruges til at modulere lysudbredelse i den plasmoniske bølgeleder.

Begge enheder udviste fremragende ydeevne. Den lysmodulerende bølgeleder havde et ekstinktionsforhold (ER) større end 1 dB/µm og et insertion tab (IL) på mindre end 0,13 dB/µm for en 10 µm bølgelederlængde. Den anden enhed opnåede amplitude-, fase- eller 4-kvadratur amplitudemodulation.

Holdets forskning er et væsentligt skridt fremad i udviklingen af ​​CMOS-kompatible plasmoniske bølgeledere. Deres nye metode vil potentielt gøre plasmoniske bølgeledere mere praktiske til et væld af applikationer.

"Vores resultater viser potentialet i SiO₂ /ITO heterogrænseflader til CMOS-kompatibel plasmonisk bølgeledermodulation," sagde Dr. Alfaraj. "Vi mener, at denne teknologi kan bruges til at udvikle en ny generation af fotoniske enheder."

"Vi er meget begejstrede for potentialet i denne nye teknologi," sagde Dr. Helmy.

Flere oplysninger: Nasir Alfaraj et al., Nem integration af elektro-optisk SiO₂ /ITO heterogrænseflader i MIS-strukturer til CMOS-kompatibel plasmonisk bølgeledermodulation, Light:Advanced Manufacturing (2023). DOI:10.37188/lam.2023.038

Leveret af TranSpread