Una nuova tecnica permette l’integrazione di dispositivi elettronici e fotonici sulla stessa piattaforma di silicio / A new technique allows the integration of electronic and photonic devices on the same silicon platform
Una nuova tecnica permette l’integrazione di dispositivi elettronici e fotonici sulla stessa piattaforma di silicio / A new technique allows the integration of electronic and photonic devices on the same silicon platform
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
I ricercatori dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie e l’Istituto per la microelettronica e microsistemi del Cnr, in collaborazione con l’Università di Marsiglia e quella di Dresda, hanno dimostrato un metodo di fabbricazione innovativo per l’implementazione di nanowires di silicio (larghi solamente 100mn ma lunghi 1mm) e circuiti complessi di wires collegati tra di loro. Lo studio pubblicato su Nature Communications
Un team di ricercatori dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn) e l’Istituto per la microelettronica e microsistemi (Imm) del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr), in collaborazione con le Università di Marsiglia e Dresda, ha dimostrato come, sfruttando una naturale instabilità dei materiali sottili a semiconduttore come il silicio, si possano controllare in modo preciso e indipendente le dimensioni, la posizione, la direzione e le interconnessioni di nano-fili ottenuti direttamente su un substrato isolante. I risultati sperimentali sono stati confrontati con simulazioni teoriche, rendendo chiaro il meccanismo di formazione delle nanostrutture. Nella ricerca, pubblicata su Nature Communications, viene poi descritta un’applicazione di questi wires come transitor (nome dei dispositivi su cui si basa la microelettronica), la cui importanza risiede nella dimensione di queste strutture che soddisfano perfettamente le esigenze dei dispositivi nanometrici funzionanti nel range spettrale del medio infrarosso.
“I circuiti realizzati su larga scala con materiale semiconduttore, privi di difetti e con interconnessioni controllate rappresentano il nesso tra componenti elettronici e fotonici. Nanostrutture sottili, simili a fili (denominati nano-wires), realizzate su silicio presentano proprietà elettroniche e ottiche superiori e configurabili rispetto agli stessi materiali depositati su film continui”, spiega Monica Bollani ricercatrice Cnr-Ifn e coordinatrice dello studio. “Il loro dirompente potenziale è stato dimostrato in fotonica (ad es. come componentistica per laser o in ottica quantistica), in elettronica, nelle applicazioni termoelettriche o nella sensoristica per il rilevamento di gas. Per questi motivi, le attività di ricerca per la loro realizzazione sono state affrontate con una moltitudine di tecniche che mirano alla produzione di strutture controllate e ultra lunghe, dovendo rispondere alle esigenze di alto rendimento, di scalabilità (ad esempio, l'integrazione di un gran numero di dispositivi sullo stesso nanowires) e qualità del materiale (ad es. interfacce fluide).”
“In quest’ottica, la gamma di approcci disponibili per la crescita di nanofili è aumentato costantemente nel tempo, sia usando un approccio top-down tramite tecniche di nanolitografia, che al trasferimento di nanowires cresciuti da super-reticoli semiconduttori ottenuti via bottom up. Tuttavia, il pieno controllo sulla loro morfologia, dimensioni, posizione, direzione, interconnessione ma anche isolamento elettrico rimane una sfida poiché le tecniche attuali non sono versatili e spesso richiedono molti step di fabbricazione per l’implementazione dei wires semiconduttori. Con questa ricerca, viene quindi dimostrata una tecnica che permette un’efficace integrazione di dispositivi elettronici e fotonici sulla stessa piattaforma a base di silicio”.
ENGLISH
Researchers from the Institute of Photonics and Nanotechnologies and the Institute for Microelectronics and Microsystems of the Cnr, in collaboration with the University of Marseille and Dresden, have demonstrated an innovative manufacturing method for the implementation of silicon nanowires ( only 100m wide but 1mm long) and complex circuits of wires connected together. The study published in Nature Communications
A team of researchers from the Institute of Photonics and Nanotechnologies (Ifn) and the Institute for Microelectronics and Microsystems (IMM) of the National Research Council (Cnr), in collaboration with the Universities of Marseille and Dresden, has demonstrated how, by exploiting a natural instability of thin semiconductor materials such as silicon, the dimensions, position, direction and interconnections of nano-wires obtained directly on an insulating substrate can be precisely and independently controlled. The experimental results were compared with theoretical simulations, making clear the formation mechanism of the nanostructures. The research, published in Nature Communications, then describes an application of these wires as a transitor (name of the devices on which microelectronics is based), the importance of which lies in the size of these structures that perfectly meet the needs of nanometric devices operating in the spectral range of the medium infrared.
“Circuits made on a large scale with semiconductor material, free of defects and with controlled interconnections represent the link between electronic and photonic components. Thin nanostructures, similar to wires (called nano-wires), made on silicon have superior electronic and optical properties and configurable compared to the same materials deposited on continuous films ", explains Monica Bollani researcher Cnr-Ifn and coordinator of the study. “Their disruptive potential has been demonstrated in photonics (eg as laser components or in quantum optics), in electronics, in thermoelectric applications or in sensors for gas detection. For these reasons, the research activities for their realization have been addressed with a multitude of techniques that aim at the production of controlled and ultra long structures, having to respond to the needs of high performance, scalability (for example, the integration of a large number of devices on the same nanowires) and material quality (eg fluid interfaces). "
"With this in mind, the range of approaches available for the growth of nanowires has steadily increased over time, both using a top-down approach using nanolithography techniques, and the transfer of nanowires grown from semiconductor super-lattices obtained via bottom up. However, full control over their morphology, size, position, direction, interconnection but also electrical insulation remains a challenge since current techniques are not versatile and often require many manufacturing steps for the implementation of semiconductor wires. With this research, a technique is therefore demonstrated that allows an effective integration of electronic and photonic devices on the same silicon-based platform. "
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