Em direção a um modulador integrado híbrido ferroelétrico de titanato de bário transferido de alta qualidade em silício

Os futuros sistemas de comunicação óptica e processamento de sinais exigirão links ópticos de alto volume, nos quais dispositivos integrados fotônicos desempenham um papel fundamental. A fotônica de Si está atualmente entre as técnicas mais avançadas para realizar PIC de baixo custo. No entanto, apesar de seu enorme potencial, ainda existem restrições básicas na modulação de luz em guias de onda SOI. A ausência de um coeficiente EO linear é desafiadora devido à estrutura cristalina do Si.

Muitos métodos foram propostos para superar essas limitações. O método mais comumente usado envolve facilitar o efeito Pockels em outros materiais, através do qual a modulação EO permite a realização de excelente desempenho de modulação sem perdas adicionais. Entre eles, o BTO é conhecido por seu alto coeficiente de Pockels.

Em um novo artigo publicado em Luz: Fabricação Avançadauma equipe de pesquisadores, liderada pelo Professor Junjia Wang da Universidade do Sudeste e pelo Professor Guohua Dong da Universidade Xi’an Jiaotong, propôs uma nova maneira de transferir titanato de bário para silício.

Este estudo demonstrou a modulação EO usando a integração híbrida de BTO em uma estrutura de guia de onda SOI habilitada pelo método de transferência de alvo. O método permite o uso de espessura otimizada e ângulo de rotação para aprimorar a modulação EO no guia de onda SOI. O dispositivo MZI exibiu uma grande eficiência de modulação com V_PiL tão baixo quanto 1,67 V·cm.

Os pesquisadores resumiram as vantagens de seu modulador dizendo: “Nós fabricamos um filme BTO monocristalino autônomo com base no crescimento epitaxial de um BTO/Sr₃Todos₂O₆ (SAO)/SrTiO₃ (STO), heteroestruturas BTO/SAO foram depositadas na camada STO via deposição de laser pulsado (PLD).

“Os filmes autônomos podem ser transferidos com sucesso para wafers SOI. O método de transferência pode melhorar o coeficiente EO efetivo alterando o ângulo de rotação da camada BTO. Consequentemente, podemos obter filmes BTO epitaxiais com excelente ferroeletricidade e flexibilidade sobre guias de onda SOI.

“Investigamos a eficiência de modulação do BTO medindo a curva de transmissão do dispositivo em diferentes tensões de polarização e testamos a resposta EO do dispositivo na banda de comunicação. Em três tensões diferentes, o campo elétrico afeta o índice de refração efetivo do filme BTO e, portanto, modula a fase da luz, a eficiência de modulação V_PiValor L tão baixo quanto 1,67 V·cm.”