Científicos de la Universidad de Toronto, liderados por el Dr. Amr S. Helmy, han desarrollado un nuevo método para integrar hetero-interfaces SiO2/ITO en estructuras metal-aislante-semiconductor (MIS, por sus siglas en inglés). Este avance se espera que conduzca al desarrollo de dispositivos fotónicos más eficientes y compactos.
El método consiste en el crecimiento de una capa delgada de dióxido de silicio (SiO2) sobre la superficie de óxido de indio y estaño (ITO). Esto crea una hetero-interface que permite un confinamiento significativo de la luz y una modulación electro-óptica», explicó el Dr. Helmy, el investigador principal de este proyecto.
Investigadores del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computacional Edward S. Rogers Sr. de la Universidad de Toronto demostraron la eficacia de su nuevo método mediante la creación de dos estructuras MIS. El primer dispositivo utiliza una heteroestructura SiO2/ITO crecida sobre una capa delgada de nitruro de titanio policristalino (poly-TiN), con un electrodo de contacto de aluminio (Al) en el lado del ITO. El segundo dispositivo es una guía de ondas óptica que utiliza una capa semiconductor ITO con un espaciador dieléctrico de SiO2, implementado en una plataforma de sustrato silicio-sobre-aislante (SOI, por sus siglas en inglés).
«Este método de investigación representa un avance significativo en el campo de la plasmónica. Creemos que tiene el potencial de revolucionar la forma en que se diseñan y crean dispositivos fotónicos», comentó el Dr. Charles Chih-Chin Lin, uno de los coautores del estudio.
La Dra. Swati Rajput, otra coautora del estudio, agregó: «El desarrollo de guías de onda plasmónicas compatibles con CMOS es un paso crucial para lograr la próxima generación de dispositivos ópticos. Nuestra investigación proporciona un camino prometedor para alcanzar este objetivo».
Sherif Nasif, el tercer coautor del estudio, enfatizó: «Estamos entusiasmados con las posibles aplicaciones de esta tecnología. Visualizamos un futuro en el que las guías de onda plasmónicas desempeñen un papel clave en diversas industrias, incluyendo las telecomunicaciones, la salud y la manufactura».
El descubrimiento de los investigadores aborda el desafío de integrar estructuras plasmónicas en la tecnología CMOS utilizando hetero-interfaces SiO2/ITO. El ITO es un óxido conductor transparente compatible con la tecnología CMOS. El SiO2 es un material dieléctrico comúnmente utilizado en dispositivos CMOS. La hetero-interface SiO2/ITO crea un campo eléctrico fuerte que se puede utilizar para modular la propagación de la luz en las guías de onda plasmónicas.
Ambos dispositivos demostraron un excelente rendimiento. La guía de ondas modulante logró una relación de extinción (ER) mayor a 1 dB/µm y pérdidas de inserción (IL) inferiores a 0.13 dB/µm para una longitud de guía de 10 µm. El segundo dispositivo logró modulación de amplitud, fase o amplitud en los cuatro cuadrantes.
La investigación del equipo representa un avance significativo en el desarrollo de guías de onda plasmónicas compatibles con CMOS. Su nuevo método tiene el potencial de hacer que las guías de onda plasmónicas sean más prácticas en diversas aplicaciones.
«Los resultados de nuestra investigación demuestran el potencial de las hetero-interfaces SiO2/ITO para modular guías de onda plasmónicas compatibles con CMOS», dijo el Dr. Alfaraj. «Creemos que esta tecnología se puede utilizar para desarrollar la próxima generación de dispositivos fotónicos».
«Estamos muy entusiasmados con el potencial de esta nueva tecnología», agregó el Dr. Helmy.