Método novedoso para integrar heterointerfaces electroópticas en estructuras MIS para modulación de guías de ondas plasmónicas

Investigadores de la Universidad de Toronto, dirigidos por el Dr. Amr S. Helmy, han desarrollado un nuevo método para integrar SiO electroóptico_dos/Heterointerfaces ITO en estructuras de metal-aislante-semiconductor (MIS). Se espera que este avance conduzca al desarrollo de dispositivos fotónicos más eficientes y compactos.

«Nuestro enfoque presagia el desarrollo de moduladores de guía de ondas plasmónicas compatibles con CMOS», afirmó el Dr. Nasir Alfaraj, autor principal del estudio y becario postdoctoral KAUST Ibn Rush en la Universidad de Toronto. «Esto tendrá un profundo impacto en una amplia gama de aplicaciones, incluidas las telecomunicaciones, el almacenamiento de datos y las imágenes médicas».

El nuevo método consiste en hacer crecer una fina capa de sílice (SiO_dos) además de ITO. Esto crea una heterointerfaz que permite un importante confinamiento de la luz y una modulación electroóptica.

“El SiO_dos/ITO heterointerfaz, junto con la integración de un Schottky Al/SiO_dos «La unión y la pila MIS son un componente clave de nuestro dispositivo de guía de ondas ópticas», explicó el Dr. Helmy, investigador principal de este estudio. «Esto nos permite ajustar las propiedades ópticas de la capa de ITO mediante un campo eléctrico».

En su papel publicado en Peso ligero: fabricación avanzada, investigadores del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática Edward S. Rogers Sr. de la Universidad de Toronto demostraron la eficacia de su nuevo método mediante la fabricación de dos dispositivos MIS. El primer dispositivo empleó un SiO_dosHeteroestructura de /ITO cultivada sobre nitruro de titanio policristalino delgado (poli-TiN) y cubierta en el lado de ITO con un electrodo de contacto de película delgada de aluminio (Al). El segundo dispositivo es una guía de ondas óptica que incorpora una capa semiconductora de ITO con SiO_dos Espaciador dieléctrico implementado en una plataforma de silicio sobre aislante (SOI).

Charles Chih-Chin Lin, uno de los coautores del estudio, comentó: «Esta investigación marca un avance significativo en el campo de la plasmónica. Creemos que tiene el potencial de revolucionar la forma en que diseñamos y fabricamos dispositivos fotónicos».

Swati Rajput, otro coautor del estudio, añadió: «El desarrollo de guías de ondas plasmónicas compatibles con CMOS es un paso crítico hacia la realización de la próxima generación de dispositivos ópticos. Nuestra investigación proporciona un camino prometedor hacia el logro de este objetivo».

Sherif Nasif, tercer coautor del estudio, comentó: «Estamos entusiasmados con las posibles aplicaciones de esta tecnología. Visualizamos un futuro en el que las guías de ondas plasmónicas desempeñarán un papel clave en una amplia gama de industrias, incluidas las telecomunicaciones, la atención sanitaria, y manufactura.»

El nuevo método del investigador supera el desafío de integrar estructuras plasmónicas en la tecnología CMOS utilizando SiO_dos/Heterointerfaces ITO. ITO es un óxido conductor transparente compatible con la tecnología CMOS. SiO_dos es un material dieléctrico comúnmente utilizado en dispositivos CMOS. El SiO_dosLa heterointerfaz /ITO proporciona un fuerte campo eléctrico que puede usarse para modular la propagación de la luz en la guía de ondas plasmónica.

Ambos dispositivos mostraron un rendimiento excelente. La guía de ondas moduladora de luz tenía una relación de extinción (ER) superior a 1 dB/μm y una pérdida de inserción (IL) inferior a 0,13 dB/μm para una longitud de guía de ondas de 10 μm. El segundo dispositivo logró una modulación de amplitud, fase o amplitud de 4 cuadraturas.

La investigación del equipo es un paso importante en el desarrollo de guías de ondas plasmónicas compatibles con CMOS. Su nuevo método potencialmente hará que las guías de ondas plasmónicas sean más prácticas para una multitud de aplicaciones.

«Nuestros resultados demuestran el potencial del SiO_dos/ITO para la modulación de guías de ondas plasmónicas compatibles con CMOS», afirmó el Dr. Alfaraj. «Creemos que esta tecnología podría utilizarse para desarrollar una nueva generación de dispositivos fotónicos».

«Estamos muy entusiasmados con el potencial de esta nueva tecnología», afirmó el Dr. Helmy.