Forskare vid University of Toronto, ledd av Dr. Amr S. Helmy, har utvecklat en ny metod för att integrera SiO2/ITO heterogena gränssnitt i metall-isolator-halvledar (MIS) strukturer. Detta genombrott förväntas leda till utvecklingen av effektivare och mer kompakta fotoniska enheter.
Metoden innebär att man odlar ett tunt lager kiseloxid (SiO2) på ytan av indiumtenoxid (ITO). Detta skapar ett heterogent gränssnitt som möjliggör betydande ljusfångst och elektro-optisk modulering, förklarade Dr. Helmy, huvudforskaren i detta projekt.
Forskare från The Edward S. Rogers Sr. Department of Electrical & Computer Engineering vid University of Toronto demonstrerade effektiviteten i deras nya metod genom att skapa två MIS-strukturer. Den första enheten använder en SiO2/ITO heterostruktur odlad på ett tunt lager av polykristallinsk titan-nitrid (poly-TiN), med en tunn aluminium (Al) kontakt-elektrod på ITO-sidan. Den andra enheten är en optisk vågledare som använder ett ITO halvledarlager med en SiO2 dielektrisk spacer, implementerad på en kiseldioxid-isolator (SOI) substratplattform.
”Denna forskningsmetod representerar en betydande framsteg inom området plasmonik. Vi tror att den har potential att revolutionera sättet fotoniska enheter designas och skapas på,” kommenterade Dr. Charles Chih-Chin Lin, en av medförfattarna till studien.
Dr. Swati Rajput, en annan medförfattare till studien, tillade: ”Utvecklingen av CMOS-kompatibla plasmoniska vågledare är ett avgörande steg mot att nå nästa generation av optiska enheter. Vår forskning öppnar upp en lovande väg mot att uppnå detta mål.”
Sherif Nasif, den tredje medförfattaren till studien, betonade: ”Vi är spända över möjligheterna med denna teknologi. Vi ser en framtid där plasmoniska vågledare spelar en nyckelroll inom olika branscher, inklusive telekommunikation, hälsovård och tillverkning.”
Forskarnas upptäckt hanterar utmaningen att integrera plasmoniska strukturer i CMOS-teknologi med hjälp av SiO2/ITO heterogena gränssnitt. ITO är en transparent ledande oxid som är kompatibel med CMOS-teknologi. SiO2 är ett dielektriskt material som vanligtvis används i CMOS-enheter. SiO2/ITO heterogena gränssnittet skapar ett starkt elektriskt fält som kan utnyttjas för att modulera ljusets spridning i plasmoniska vågledare.
Båda enheterna visade utmärkt prestanda. Den modulerande vågledaren uppnådde en utsläckningsförhållande (ER) större än 1 dB/µm och insättningsförluster (IL) lägre än 0,13 dB/µm för en vågledningslängd av 10 µm. Den andra enheten uppnådde amplitud-, fas- eller amplitudmodulering i alla fyra kvadranter.
Forskningsteamets arbete representerar ett betydande steg framåt i utvecklingen av CMOS-kompatibla plasmoniska vågledare. Deras nya metod har potentialen att göra plasmoniska vågledare mer praktiska inom olika tillämpningsområden.
”Resultaten av vår forskning visar potentialen hos SiO2/ITO heterogena gränssnitt för att modulera CMOS-kompatibla plasmoniska vågledare,” sa Dr. Alfaraj. ”Vi tror att denna teknologi kan användas för att utveckla nästa generation fotoniska enheter.”
”Vi är mycket spända över potentialen hos denna nya teknologi,” tillade Dr. Helmy.