Des chercheurs de l’Université de Toronto, dirigés par le Dr Amr S. Helmy, ont développé une nouvelle méthode pour intégrer des hétérointerfaces électro-optiques SiO2/ITO dans des structures métal-isolant-semi-conducteur (MIS). Cette avancée devrait conduire au développement de dispositifs photoniques plus efficaces et plus compacts.
« Notre approche annonce le développement de modulateurs de guides d’ondes plasmoniques compatibles CMOS », a déclaré le Dr Nasir Alfaraj, auteur principal de l’étude et boursier postdoctoral KAUST Ibn Rush à l’Université de Toronto. « Cela aura un impact profond sur un large éventail d’applications, notamment les télécommunications, le stockage de données et l’imagerie médicale. »
La nouvelle méthode consiste à faire croître une fine couche de silice (SiO2) sur l’ITO. Cela crée une hétérointerface qui permet un confinement important de la lumière et une modulation électro-optique.
« L’hétérointerface SiO2/ITO, ainsi que l’intégration d’une jonction Schottky Al/SiO2 et d’une pile MIS, sont un composant clé de notre dispositif de guide d’onde optique », a expliqué le Dr Helmy, chercheur principal à l’origine de cette étude. « Cela nous permet d’ajuster les propriétés optiques de la couche ITO à l’aide d’un champ électrique. »
Dans leurs papier Publié dans Lumière : fabrication avancée, des chercheurs du Département de génie électrique et informatique Edward S. Rogers Sr. de l’Université de Toronto ont démontré l’efficacité de leur nouvelle méthode en fabriquant deux appareils MIS. Le premier dispositif utilisait une hétérostructure SiO2/ITO développée sur un mince nitrure de titane polycristallin (poly-TiN) et coiffée du côté ITO par une électrode de contact à couche mince d’aluminium (Al). Le deuxième dispositif est un guide d’ondes optique intégrant une couche semi-conductrice d’ITO avec un espaceur diélectrique SiO2 mis en œuvre sur une plate-forme silicium sur isolant (SOI).
Le Dr Charles Chih-Chin Lin, l’un des co-auteurs de l’étude, a commenté : « Cette recherche marque une avancée significative dans le domaine de la plasmonique. Nous pensons qu’elle a le potentiel de révolutionner la façon dont nous concevons et fabriquons des dispositifs photoniques. »
Le Dr Swati Rajput, un autre co-auteur de l’étude, a ajouté : « Le développement de guides d’ondes plasmoniques compatibles CMOS est une étape cruciale vers la réalisation de la prochaine génération de dispositifs optiques. Notre recherche offre une voie prometteuse pour atteindre cet objectif.
Sherif Nasif, un troisième co-auteur de l’étude, a déclaré : « Nous sommes ravis des applications potentielles de cette technologie. Nous envisageons un avenir dans lequel les guides d’ondes plasmoniques joueront un rôle central dans un large éventail d’industries, notamment les télécommunications, les soins de santé, et la fabrication. »
La nouvelle méthode du chercheur surmonte le défi de l’intégration des structures plasmoniques dans la technologie CMOS utilisant les hétérointerfaces SiO2/ITO. L’ITO est un oxyde conducteur transparent compatible avec la technologie CMOS. Le SiO2 est un matériau diélectrique couramment utilisé dans les dispositifs CMOS. L’hétérointerface SiO2/ITO fournit un champ électrique puissant qui peut être utilisé pour moduler la propagation de la lumière dans le guide d’ondes plasmonique.
Les deux appareils ont affiché d’excellentes performances. Le guide d’onde modulant la lumière présentait un taux d’extinction (ER) supérieur à 1 dB/µm et une perte d’insertion (IL) inférieure à 0,13 dB/µm pour une longueur de guide d’onde de 10 µm. Le deuxième appareil permettait d’obtenir une modulation d’amplitude, de phase ou d’amplitude à 4 quadrature.
Les recherches de l’équipe constituent une avancée significative dans le développement de guides d’ondes plasmoniques compatibles CMOS. Leur nouvelle méthode pourrait potentiellement rendre les guides d’ondes plasmoniques plus pratiques pour une multitude d’applications.
« Nos résultats démontrent le potentiel des hétérointerfaces SiO2/ITO pour la modulation de guide d’ondes plasmonique compatible CMOS », a déclaré le Dr Alfaraj. « Nous pensons que cette technologie pourrait être utilisée pour développer une nouvelle génération de dispositifs photoniques. »
« Nous sommes très enthousiasmés par le potentiel de cette nouvelle technologie », a déclaré le Dr Helmy.
Plus d’information:
Nasir Alfaraj et al, Intégration facile des hétérointerfaces électro-optiques SiO2/ITO dans les structures MIS pour la modulation de guide d’ondes plasmonique compatible CMOS, Lumière : fabrication avancée (2023). DOI : 10.37188/lam.2023.038