Fonte: Sci-X
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Nuovo metodo di incisione per produrre microstrutture tridimensionali in silicio per il trattamento dei segnali luminosi nel settore delle telecomunicazioni.
Nelle telecomunicazioni moderne, la luce trasporta informazioni digitali per chilometri in pochi secondi. Materiali ottici adattati controllano i segnali luminosi. Sulla rivista AFM, ricercatori di Berlino, Lovanio e del Karlsruhe Institute of Technology presentano un metodo per la produzione di cristalli fotonici. Le loro proprietà ottiche sono messe a punto da strutture di dimensioni micrometriche. Il metodo è rapido, economico, e semplice e utilizza in parte il principio di auto-organizzazione (DOI: 10.1002/adfm.201201138).
"Le proprietà ottiche dei materiali possono essere influenzati decisamente dalla strutturizzazione specifica", spiega Andreas Frölich del Karlsruhe Institute of Technology. Il silicio è usato in componenti, ad es filtri o deflettori, per le telecomunicazioni. Finora, tuttavia, tutti questi componenti sono stati piatti, cioè bidimensionali. Concetti completamente nuovi concetti potrebbero essere realizzabili, mediante l’impiego di componenti tridimensionali. Le spese necessarie per strutturare il silicio sono molto alte. La struttura deve essere molto regolare in tutte le tre direzioni spaziali e i dettagli devono avere le dimensioni di circa un micrometro.
"Il nostro nuovo metodo di fabbricazione SPRIE (Sequential Passivation and Reactive Ion Etching) utilizza tecnologie consolidate, come l'incisione chimica e metodi innovativi, come l'auto-organizzazione e li combina in modo molto creativo", afferma Martin Wegener, professore dell'Istituto di Fisica Applicata e dell’Istituto di Nanotecnologia del KIT e coordinatore del Centro DFG per le nanostrutture funzionali (CFN). Il metodo SPRIE viene applicato per strutturare il silicio su grandi aree in modo semplice e tridimensionale. Per prima cosa, viene applicata, sulla superficie del silicio, una soluzione con sfere micrometriche di polistirene. Dopo essiccazione, queste sfere formano automaticamente un monostrato denso sul silicio. Dopo un rivestimento metallico e la rimozione delle sfere, resta una maschera di incisione a forma di nido d’ape, sulla superficie del silicio.
"Questa maschera di incisione è il nostro modello bidimensionale per la costruzione della struttura tridimensionale", dice Frölich. Le aree libere vengono rimosse mediante incisione chimica con un gas plasma reattivo. Un campo elettrico viene applicato per fare in modo che le particelle di gas incidano in profondità solo od omogeneamente in tutte le direzioni. "Inoltre, si può specificamente passivare le pareti del foro, il che significa che sono protette da ulteriore incisione, attraverso uno strato di polimero. "
Ripetute incisioni e passivazioni fanno crescere, in profondità, i fori della maschera di incisione . Fino alla dimensione di 10 micrometri, la loro profondità supera la larghezza di un fattore superiore a 10. Le fasi di processo e il campo elettrico sono regolati con precisione per controllare la struttura delle pareti. Invece di un semplice foro con pareti verticali lisce, ogni fase dell’incisione produce una depressione sferica con una superficie curva. Questa curvatura è la base per le strutture regolari ripetitive di guide d'onda di tipo nuovo. "La telecomunicazione ottica avviene ad una lunghezza d'onda di 1,5 micron. Con il nostro metodo di incisione, noi produciamo una struttura micrometricamente corrugata, lungo le pareti. “Il campo di fori strutturati strettamente adiacenti e molto profondi, agisce, nel suo complesso, come un cristallo regolare su cui la luce rifrange nel modo desiderato.
Il metodo SPRIE può produrre un cristallo fotonico tridimensionale in pochi minuti, dato che è basato su processi industriali convenzionali. In linea di principio, una struttura tridimensionale può essere generata in silicio utilizzando una maschera liberamente definibile. Questo apre nuove possibilità per soddisfare i requisiti dei componenti ottici nelle telecomunicazioni.
Sono disponibili differenti disegni di cristalli fotonici. Alcuni vengono applicati come guide d'onda con raggi di curvatura molto piccoli e piccole perdite, o come filtri ottici di banda ultra-piccola e come multiplexer. Entro pochi decenni potranno essere fattibili computer che lavorano con la luce invece che con l’energia elettrica potrebbe essere fattibile.
A questo progetto hanno lavorato,oltre al KIT, anche l’Université Catholique de Louvain e la Humboldt University di Berlino.
L’abstract e l’articolo scientifico:
Il comunicato stampadel KIT:
Foto: KIT / CFN
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