Управляемая гибридная плазмонная интегральная схема

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 9983 (2023) Цитировать эту статью

514 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой статье впервые была спроектирована и исследована управляемая гибридная плазмонная интегральная схема (CHPIC), состоящая из ромбической наноантенны на основе гибридного плазмонного волновода (HPW), поляризационного светоделителя, ответвителя, фильтра и датчика. Для управления питанием соответствующего входного порта был использован делитель мощности 1 × 3 на основе графена с переключаемым выходом. Функциональность каждого устройства была всесторонне изучена на основе метода конечных элементов и сопоставлены преимущества перед современными устройствами. Кроме того, был изучен эффект подключения CHPIC к фотонным и плазмонным волноводам, чтобы продемонстрировать возможности различных методов возбуждения CHPIC. Кроме того, были исследованы характеристики предлагаемого CHPIC, подключенного к внутренним/между беспроводными линиями передачи. Линия беспроводной передачи состоит из двух наноантенн на основе HPW в качестве передатчика и приемника с максимальным усилением и направленностью 10 дБ и 10,2 дБи соответственно на частоте 193,5 ТГц. Предлагаемый CHPIC может использоваться для таких приложений, как оптическая беспроводная связь и оптические соединения между/внутри чипа.

Фотонные интегральные схемы (PIC) открывают беспрецедентные и значительные перспективы для реализации выдающихся идентифицируемых функций, таких как недорогие и масштабируемые оптические решения в беспроводной оптической связи, зондировании, вычислениях, фильтрации, спектроскопии, управлении лучом и т. д.1. Уменьшение масштаба и интеграция дискретных компонентов, таких как изгибы, кольцевые резонаторы, разветвители, соединители, датчики и антенны, обеспечивают новые концептуальные возможности и функциональные возможности, недоступные в традиционных фотонных устройствах2. Более того, типичные компоненты дискретных плазмонных и фотонных волноводов не могут одновременно поддерживать сверхнизкие потери при распространении, быстрые и эффективные полностью оптические функции и преодолевать свои узкие места, такие как требования к дифракционному пределу, соответственно, что приводит к необходимости поиска осуществимых решений для устранения этих проблем. проблемы3.

Идея использования компонентов HPW является одной из наиболее революционных технологий, позволяющих устранить большинство текущих ограничений, таких как чрезмерные омические потери, и облегчить функциональные стандарты PIC, предлагая несколько дискретных компонентов, которые подходят для миниатюризации проектирования интегральных схем. . Многие материальные системы и различные конфигурации были исследованы и приняты для гибридных плазмонных компонентов интегральных схем4. Хорошие примеры материалов для разработки сверхкомпактных, широкополосных гибридных плазмонных интегральных схем (HPIC) со сверхнизкими потерями включают кремний (Si)5, фосфид индия (InP)6, нитрид кремния (SiNx)7, арсенид галлия (GaAs)8. , нитрид алюминия (AlN)9, карбид кремния (SiC)10 и водородный силсесквиоксан (HSQ), которые очень привлекательны для различных интегрированных оптических приложений11. HSQ широко используется для электронно-лучевой литографии (EBL)12 фотонных устройств и полностью совместим с большинством материалов и производственных процессов. В принципе, это дает два основных преимущества: высокую плотность интеграции и совместимость с технологией комплементарных металлооксидных полупроводников (КМОП). Кроме того, его почти идентичный показатель преломления облегчает адаптацию существующей конструкции кремния на изоляторе (КНИ) и процесса производства HPIC.

Кроме того, HPW представляют собой слияние плазмонных и фотонных аналогов, которые обеспечивают сверхплотное удержание, большую дальность распространения и поддерживают гибридные плазмонные режимы. Таким образом, они быстро производят революцию в широком спектре приложений, от традиционного использования в наведении поперечной магнитной (TM) моды до новых областей, таких как управление оптическим лучом, беспроводная оптическая связь, зондирование, вычисление, фильтрация, изгиб, расщепление и излучение оптического излучения. сигналы для выполнения своих основных функций в качестве незаменимых компонентов в системах оптической связи2,13,14.