Wellenleitende und detektierende Struktur für Oberflächenplasmonpolaritonen auf Silizium

Forscher von Toyohashi Tech haben einen einfachen, verlustarmen Wellenleiter für Oberflächenplasmon-Polaritonen (SPPs) entwickelt, der auf nanoskalige photonische integrierte Schaltkreise auf Silizium anwendbar ist.

Oberflächenplasmonpolaritonen (SPPs) sind Wellen, die sich entlang der Oberfläche eines Leiters ausbreiten und zu kollektiven Schwingungen von Elektronen führen, die mit dem optischen Feld im Nanomaßstab darüber hinaus gekoppelt sind Beugungsgrenze der Ausbreitung von Lichtwellen. In jüngster Zeit besteht ein zunehmendes Interesse an SPPs als Signalträger im Nanomaßstab integrierte Schaltkreise um den Akkumulationsgrad zu erhöhen und den Stromverbrauch zu senken.

Allerdings wurden verlustarme SPP-Wellenleiter mit Detektoren nicht für den Einsatz in nanoskaligen integrierten Schaltkreisen entwickelt.

Jetzt haben Mitsuo Fukuda und seine Gruppe bei Toyohashi Tech einen einfachen, verlustarmen Wellenleiter für SPPs entwickelt, der auf integrierte Schaltkreise im Nanomaßstab anwendbar ist.

Ein dünner Metallfilm, der auf a abgeschieden wird Siliziumsubstrat wurde am Ende mit einer Beugungsstruktur (einem Mehrfachspalt oder einer Metallscheibenanordnung) abgeschlossen, um die auf der Oberfläche (Luft-Metall-Grenzfläche) übertragenen SPPs zur gegenüberliegenden Seite des Metalls (Metall-Silizium-Grenzfläche) zu leiten. An der Metall-Silizium-Grenzfläche wird eine Schottky-Barriere gebildet, und die freien Elektronen im Metall werden durch die geführten SPPs angeregt und überqueren dann die Barriere. Die überströmenden Elektronen führen zu beobachtbaren Photoströmen.

Der in dieser Forschung entwickelte Wellenleiter ermöglichte die effiziente Ausbreitung von SSPs in 1550-nm-Wellenlängenbändern (transparent für Silizium) entlang des Au-Films Oberflächeund die Photoströme waren viel größer als bei Wellenleitern ohne Beugungsstruktur (26-mal für die Gitterstruktur und 10-mal für die Scheibenanordnung).

Es wird erwartet, dass dieses Wellenleitergerät zu nanoskaligen photonischen integrierten Schaltkreisen auf Silizium beiträgt.