Roman GłogulskiWissenschaftler der Universität Toronto unter der Leitung von Dr. Amr S. Helmy haben eine neue Methode zur Integration von SiO2/ITO-Hetero-Schnittstellen in Metall-Isolator-Halbleiter (MIS)-Strukturen entwickelt. Dieser Durchbruch wird voraussichtlich zur Entwicklung effizienterer und kompakterer photonischer Geräte führen.
Die Methode besteht darin, eine dünne Schicht Siliziumdioxid (SiO2) auf der Oberfläche von Indium-Zinnoxid (ITO) zu erzeugen. Dadurch entsteht eine Hetero-Schnittstelle, die eine signifikante Lichtführung und elektrooptische Modulation ermöglicht, erklärte Dr. Helmy, der leitende Forscher dieses Projekts.
Forscher des Edward S. Rogers Sr. Fachbereichs für Elektrotechnik und Informatik an der Universität Toronto demonstrierten die Wirksamkeit ihrer neuen Methode, indem sie zwei MIS-Strukturen erstellten. Das erste Gerät verwendet eine SiO2/ITO-Heterostruktur, die auf einer dünnen Schicht polykristallinem Titannitrid (Poly-TiN) gewachsen ist, mit einer dünnen Aluminium (Al)-Kontaktelektrode auf der ITO-Seite. Das zweite Gerät ist ein optischer Wellenleiter, der eine ITO-Halbleiterschicht mit einem SiO2-Dielektrikum-Spacer verwendet und auf einer Silizium-auf-Isolator (SOI)-Substratplattform implementiert ist.
„Diese Forschungsmethode stellt einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Plasmonik dar. Wir glauben, dass sie das Potenzial hat, die Art und Weise, wie photonische Geräte entworfen und hergestellt werden, zu revolutionieren“, kommentierte Dr. Charles Chih-Chin Lin, einer der Co-Autoren der Studie.
Dr. Swati Rajput, eine weitere Co-Autorin der Studie, fügte hinzu: „Die Entwicklung von CMOS-kompatiblen plasmonischen Wellenleitern ist ein entscheidender Schritt zur Realisierung der nächsten Generation von optischen Geräten. Unsere Forschung weist einen vielversprechenden Weg zur Erreichung dieses Ziels auf.“
Sherif Nasif, der dritte Co-Autor der Studie, betonte: „Wir sind begeistert von den potenziellen Anwendungen dieser Technologie. Wir stellen uns eine Zukunft vor, in der plasmonische Wellenleiter eine Schlüsselrolle in verschiedenen Branchen wie Telekommunikation, Gesundheitswesen und Fertigung spielen.“
Die Entdeckung der Forscher löst die Herausforderung der Integration von plasmonischen Strukturen in die CMOS-Technologie mithilfe von SiO2/ITO-Hetero-Schnittstellen. ITO ist ein transparentes leitfähiges Oxid, das mit der CMOS-Technologie kompatibel ist. SiO2 ist ein dielektrisches Material, das häufig in CMOS-Geräten verwendet wird. Die SiO2/ITO-Hetero-Schnittstelle erzeugt ein starkes elektrisches Feld, das zur Modulation der Lichtausbreitung in plasmonischen Wellenleitern genutzt werden kann.
Beide Geräte zeigten eine ausgezeichnete Leistung. Der modulierende Wellenleiter erreichte ein Extinktionsverhältnis (ER) von mehr als 1 dB/μm und eine Einfügeverlust (IL) von weniger als 0,13 dB/μm für eine Wellenlänge von 10 μm. Das zweite Gerät erreichte Amplituden-, Phasen- oder Amplitudenmodulation in allen vier Quadranten.
Die Forschung des Teams stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung von CMOS-kompatiblen plasmonischen Wellenleitern dar. Ihre neue Methode hat das Potenzial, plasmonische Wellenleiter in verschiedenen Anwendungen praktischer zu machen.
„Die Ergebnisse unserer Forschung zeigen das Potenzial von SiO2/ITO-Hetero-Schnittstellen zur Modulation von CMOS-kompatiblen plasmonischen Wellenleitern“, sagte Dr. Alfaraj. „Wir glauben, dass diese Technologie zur Entwicklung der nächsten Generation photonischer Geräte eingesetzt werden kann.“
„Wir sind sehr begeistert von den Möglichkeiten dieser neuen Technologie“, fügte Dr. Helmy hinzu.
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