Forskare vid University of Toronto, ledda av Dr Amr S. Helmy, har utvecklat en ny metod för att integrera elektrooptisk SiO2 /ITO heterogränssnitt till metall–isolator–halvledarstrukturer (MIS). Detta genombrott förväntas leda till utvecklingen av mer effektiva och kompakta fotoniska enheter.
"Vårt tillvägagångssätt förebådar utvecklingen av CMOS-kompatibla plasmoniska vågledarmodulatorer", säger Dr. Nasir Alfaraj, studiens huvudförfattare och en KAUST Ibn Rush postdoktor vid University of Toronto. "Detta kommer att ha en djupgående inverkan på ett brett spektrum av applikationer, inklusive telekommunikation, datalagring och medicinsk bildbehandling."
Den nya metoden innebär att man odlar ett tunt lager kiseldioxid (SiO2). ) ovanpå ITO. Detta skapar ett heterogränssnitt som möjliggör betydande ljusinneslutning och elektro-optisk modulering.
"SiO2 /ITO heterogränssnitt, tillsammans med integrationen av en Schottky Al/SiO2 junction och MIS-stack, är en nyckelkomponent i vår optiska vågledarenhet," förklarade Dr. Helmy, huvudutredaren bakom denna studie. "Det gör det möjligt för oss att ställa in de optiska egenskaperna hos ITO-lagret med hjälp av ett elektriskt fält."
I deras artikel publicerad i Light:Advanced Manufacturing , visade forskare från Edward S. Rogers Sr. Department of Electrical &Computer Engineering vid University of Toronto effektiviteten av deras nya metod genom att tillverka två MIS-enheter. Den första enheten använde en SiO2 /ITO-heterostruktur odlad på tunn polykristallin titannitrid (poly-TiN) och täckt på ITO-sidan med en tunnfilmskontaktelektrod av aluminium (Al). Den andra enheten är en optisk vågledare som innehåller ett halvledande ITO-skikt med en SiO2 dielektrisk spacer implementerad på en kisel-på-isolator (SOI)-plattform.
Dr Charles Chih-Chin Lin, en av studiens medförfattare, kommenterade:"Denna forskning markerar ett betydande framsteg inom området plasmonik. Vi tror att det har potentialen att revolutionera hur vi designar och tillverkar fotoniska enheter."
Dr. Swati Rajput, en annan medförfattare till studien, tillade:"Utvecklingen av CMOS-kompatibla plasmoniska vågledare är ett avgörande steg mot att förverkliga nästa generations optiska enheter. Vår forskning ger en lovande väg mot att uppnå detta mål."
Sherif Nasif, en tredje medförfattare till studien, påpekade:"Vi är glada över de potentiella tillämpningarna av denna teknik. Vi föreställer oss en framtid där plasmoniska vågledare spelar en avgörande roll i ett brett spektrum av industrier, inklusive telekommunikation, hälsovård, och tillverkning."
Forskarens nya metod övervinner utmaningen att integrera plasmoniska strukturer i CMOS-teknik med hjälp av SiO2 /ITO heterogränssnitt. ITO är en transparent ledande oxid som är kompatibel med CMOS-teknik. SiO2 är ett dielektriskt material som vanligtvis används i CMOS-enheter. SiO2 /ITO heterointerface ger ett starkt elektriskt fält som kan användas för att modulera ljusutbredning i den plasmoniska vågledaren.
Båda enheterna uppvisade utmärkta prestanda. Den ljusmodulerande vågledaren hade ett utsläckningsförhållande (ER) större än 1 dB/µm och en insättningsförlust (IL) på mindre än 0,13 dB/µm för en vågledarlängd på 10 µm. Den andra enheten uppnådde amplitud-, fas- eller 4-kvadraturamplitudmodulering.
Teamets forskning är ett viktigt steg framåt i utvecklingen av CMOS-kompatibla plasmoniska vågledare. Deras nya metod kommer potentiellt att göra plasmoniska vågledare mer praktiska för en uppsjö av tillämpningar.
"Våra resultat visar potentialen hos SiO2 /ITO-heterogränssnitt för CMOS-kompatibel plasmonisk vågledarmodulering," sade Dr. Alfaraj. "Vi tror att den här tekniken kan användas för att utveckla en ny generation fotoniska enheter."
"Vi är mycket glada över potentialen med denna nya teknik", säger Dr. Helmy.
Mer information: Nasir Alfaraj et al, Enkel integration av elektrooptisk SiO2 /ITO heterogränssnitt i MIS-strukturer för CMOS-kompatibel plasmonisk vågledarmodulering, Light:Advanced Manufacturing (2023). DOI:10.37188/lam.2023.038
Tillhandahålls av TranSpread
