제어 가능한 하이브리드 플라즈몬 집적 회로

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9983(2023) 이 기사 인용

514 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

본 논문에서는 HPW(하이브리드 플라즈몬 도파관) 기반 마름모형 나노 안테나, 편광 빔 스플리터, 커플러, 필터 및 센서로 구성된 제어 가능한 하이브리드 플라즈몬 집적 회로(CHPIC)를 설계하고 연구했습니다. 해당 입력 포트로의 전력을 제어하기 위해 전환 가능한 출력을 갖춘 그래핀 기반 1×3 전력 분배기가 활용되었습니다. 유한요소법을 기반으로 각 장치의 기능을 종합적으로 연구하고 최신 기술에 비해 장점을 비교했습니다. 또한, CHPIC의 다양한 여기 방법의 능력을 보여주기 위해 CHPIC를 광자 및 플라즈몬 도파관에 연결하는 효과가 연구되었습니다. 또한, 무선 내부/내부 전송 링크에 연결된 제안된 CHPIC의 성능을 조사하였다. 무선 전송 링크는 193.5THz에서 최대 이득과 지향성이 각각 10dB와 10.2dBi인 송신기와 수신기로서 두 개의 HPW 기반 나노 안테나로 구성됩니다. 제안된 CHPIC는 광무선통신, 칩 간/내부 광 인터커넥트 등의 애플리케이션에 활용될 수 있다.

광자 집적 회로(PIC)는 무선 광 통신, 감지, 계산, 필터링, 분광학, 빔 조정 등에서 저비용 및 확장된 광학 솔루션과 같은 눈에 띄는 식별 가능 기능을 실현하기 위한 전례 없는 중요한 약속을 제공합니다.1 벤드, 링 공진기, 스플리터, 커플러, 센서 및 안테나와 같은 개별 구성요소의 축소 및 통합은 기존에 보고된 광소자2에서는 접근할 수 없는 새로운 개념의 손잡이와 기능을 보유합니다. 더욱이, 일반적인 이산 플라즈몬 및 광자 도파관 구성 요소는 초저 전파 손실, 빠르고 효율적인 전광 기능을 동시에 지원할 수 없으며 회절 한계 요구 사항과 같은 병목 현상을 각각 극복할 수 없으므로 이를 제거하기 위한 실행 가능한 솔루션을 찾아야 합니다. 이슈3.

HPW 부품을 활용한다는 아이디어는 과도한 저항 손실로 인한 대부분의 전류 제한을 해결하고 PIC의 기능 표준을 촉진하여 집적 회로 설계의 소형화에 적합한 여러 개별 부품을 제안하는 가장 파괴적인 기술 중 하나입니다. . 집적 회로의 하이브리드 플라즈몬 구성 요소에 대해 많은 재료 시스템과 다양한 구성이 조사되고 채택되었습니다. 초소형, 광대역 및 초저손실 하이브리드 플라즈몬 집적 회로(HPIC)를 설계하기 위한 좋은 재료 예로는 실리콘(Si)5, 인듐 인화물(InP)6, 실리콘 질화물(SiNx)7, 갈륨 비소(GaAs)8 등이 있습니다. , 질화알루미늄(AlN)9, 탄화규소(SiC)10 및 수소 실세스퀴옥산(HSQ)은 다양한 통합 광학 응용 분야에 매우 매력적입니다11. HSQ는 광소자의 고해상도 전자빔 리소그래피(EBL)12에 많이 활용되며 대부분의 재료 및 제조 공정과 완벽하게 호환됩니다. 원칙적으로 이는 상보형 금속산화물반도체(CMOS) 기술에 대한 높은 집적 밀도와 호환성이라는 두 가지 주요 이점을 제공합니다. 또한 굴절률이 거의 동일하므로 HPIC의 기존 SOI(silicon-on-insulator) 설계 및 제조 공정을 쉽게 적용할 수 있습니다.

또한 HPW는 초밀밀 감금, 장거리 전파 길이 및 하이브리드 플라즈몬 모드를 지원하는 플라즈몬 및 광자 대응 장치의 합병입니다. 따라서 횡자기(TM) 모드를 안내하는 전통적인 용도부터 광빔 조향, 무선 광통신, 감지, 계산, 필터링, 굽힘, 분할 및 광학 복사와 같은 새로운 분야에 이르기까지 광범위한 응용 분야에 빠르게 혁명을 일으키고 있습니다. 광통신 시스템2,13,14에 없어서는 안될 구성 요소로서의 기본 기능에 대한 신호입니다.