Ett team av forskare vid Israel Institute of Technology har utvecklat en ny kondensator med en metallisolator-halvledare (MIS) -diodstruktur som kan ställas in genom belysning. Kondensatorn, som har inbäddade metallnanopartiklar, liknar en metall-isolator-metall (MIM) -diod, förutom att kapacitansen för den nya enheten beror på belysning och uppvisar en stark frekvensdispersion, möjliggör en hög grad av avstämning.

Denna nya kondensator har potential att förbättra trådlös kapacitet för informationsbehandling, avkänning och telekommunikation. Forskarna rapporterar sina fynd den här veckan i Journal of Applied Physics .

"Vi har utvecklat en kondensator med den unika förmågan att ställa in kapacitansen i stora mängder med hjälp av ljus. Sådana förändringar är inte möjliga i någon annan enhet, "sa Gadi Eisenstein, professor och direktör för Russell Berrie Nanotechnology Institute vid Technion Israel Institute of Technology i Haifa och medförfattare till tidningen. "Den observerade fotokänsligheten för denna MIS-diodstruktur utökar sin potential i optoelektroniska kretsar som kan användas som en ljuskänslig variabel kondensator i fjärranalyseringskretsar."

MIM -dioder är vanliga element i elektroniska enheter, särskilt de som använder radiofrekvenskretsar. De består av tunnfilmiga metallplattelektroder som separeras av en isolator. Liksom MIM -strukturen, forskarnas nya MIS -kondensator är partisk oberoende, vilket betyder att den konstanta kapacitansen är oberoende av dess matningsspänning. Förspänningsoberoende kondensatorer är viktiga för hög linearitet, och därför enkel förutsägbarhet, av kretsprestanda.

"Vi har visat att vår MIS -struktur är överlägsen en standard MIM -diod, "sa Vissarion (Beso) Mikhelashvili, senior forskare vid Israel Institute of Technology och även en medförfattare till uppsatsen. "Å ena sidan, den har alla funktioner i en MIM -enhet, men den spänningsoberoende kapacitansen kan ställas in med ljus, vilket innebär att inställningsfunktionen kan införlivas i fotoniska kretsar. "

"Belysningen orsakar en dubbel effekt, "Sa Eisenstein." Först, exciteringen av fälltillstånd förbättrar den inre polarisationen. Andra, det ökar minoritetsbärartätheten (på grund av bildgenerering) och minskar utbredningsregionens bredd. Denna ändring ändrar kapacitansen. "

Forskarna skapade tre MIS -strukturer, tillverkad på ett bulk kiselsubstrat, baserat på en flerlagers dielektrisk stack, som bestod av en tunn termisk kiseldioxidfilm och ett hafniumoxidskikt. De två skikten separerades med strontiumfluorid (SrF2) underlag där ferrum (Fe, järn) eller kobolt (Co) nanopartiklar var inbäddade.

Forskarna fann att fluoriderings-oxidationsprocessen för järnatomerna orsakar bildandet av en gradient i valenstillståndet för järnjoner över det aktiva skiktet, vilket resulterar i generering av en elektronisk polarisering. Polarisationen orsakar en partisk oberoende utarmningsregion och därmed en MIM-typskarakteristik.

Fyra ytterligare strukturer bereddes för jämförelse:Två saknade SrF2 -underlagren och en av dem bereddes utan järnfilm. De två andra strukturerna innehöll SrF2:Den ena hade inte kobolt och den andra inkluderade ett en-nanometer Co-lager.

Jämförelsen med andra MIS-kondensatorer som innehöll metallnanopartiklarna med eller utan SrF2-underlager ledde till den otvetydiga slutsatsen att endast enheter som består av kombinationen Fe och SrF2 gör MIS-strukturen till en fotokänslig MIM-liknande struktur.