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Facile integration of electro-optic SiO_(2)/ITO heterointerfaces in MIS structures for CMOS-compatible plasmonic waveguide modulation

引用

Light(Advanced Manufacturing) 2023年第4期4卷 82-99页

作者： Nasir Alfaraj Charles Chih-Chin Lin Sherif Nasif swati rajput Amr S.Helmy The Edward S.Rogers Sr.Department of Electrical and Computer Engineering University of Toronto10 King’s College RoadTorontoONM5S 3G4Canada

By taking advantage of the absence of diffraction limit restrictions in plasmonic structures,strong modal confinement is made possible,paving the way for improved optical processes and miniaturized photonic circuit *** tin oxide(ITO)has emerged as a promising plasmonic material that serves as a relatively low-carrier density Drude metal by its electro-optic tunability and versatility as an integrative *** herein demonstrate the facile integration of SiO_(2)/ITO heterointerfaces into metal-insulator-semiconductor(MIS)electro-optic *** first MIS device employs a SiO_(2)/ITO heterostructure grown on thin polycrystalline titanium nitride(poly-TiN)and capped at the ITO side with thin aluminum(Al)film contact *** TiN interlayer acts as a bottom electrode,forming a metal-insulator-semiconductor-metal(MISM)heterojunction device,and grows directly on(100)-oriented silicon(Si).This MISM device enables one to examine the electrical properties of semiconductive ITO *** second MIS device incorporates a semiconductive ITO layer with a SiO_(2)dielectric spacer implemented on a silicon-on-insulator(SOI)platform,forming a graded-index coupled hybrid plasmonic waveguide(CHPW)*** device architecture represents a crucial step towards realizing plasmonic modulation using oxide *** CHPW device performance presented herein provides a proof-of-concept that demonstrates the advantages offered by such device topology to perform optical modulation via charge carrier *** graded-index CHPW can be dynamically reconfigured for amplitude,phase,or 4-quadrature amplitude modulation utilizing a triode-like biasing *** exhibited extinction ratio(ER)and insertion loss(IL)levels of around 1 dB/μm and 0.128 dB/μm,respectively,for a 10μm waveguide length.

关键词： Indium tin oxide(ITO) Modulators Oxide semiconductors Plasmonics Telecom frequency Titanium nitride(TiN)

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