Integración de ITO con silicio para desarrollar funcionalidades electro-ópticas

Abstract

[EN] In a first attempt to use ITO as a heater for thermo-optic switching, a sample was fabricated with an ITO layer on top of a silicon waveguide with an oxide layer in between. Upon heating the ITO, it was noted that the optical response of an MZI shifted in the direction opposite to what would be expected from the thermo-optic effect in silicon. This counterintuitive result is the incentive of this Master thesis topic. In the first part, the Drude model is used to predict the optical behaviour of the ITO. This model is then used to simulate simple waveguide structures for absorptive and refractive modulation, under the assumption of tunability of the bulk carrier density. Afterwards, the fabrication procedure is documented in suficient detail to understand some of the mechanisms influencing the final structure's characteristics. The influence of oxygen during heat treatments on ITO's resistivity is discussed. Next, some ways to achieve bulk carrier density tuning for efficient modulation are proposed. These last two parts are almost entirely based on literature study. Next, optical switching is discussed and the measurement results are shown and discussed. In the time that was available, no clear causes were identified that explain the obtained results. After heating the structure for several hours, the response of the structure was found to be one order of magnitude smaller than before. The structure appears to have converged towards a more stable configuration. This text is an attempt to give a broad introduction to the topic, pointing out different parts that could be investigated separately in the future, dividing the problem in pieces.

[ES] En un primer intento de utilizar ITO como calentador para conmutación de termo-óptica, una muestra fue fabricada con una capa de ITO encima de una guía de ondas de silicio con una capa de óxido en el medio. Al calentar el ITO, se observó que la respuesta óptica del MZI se en la dirección opuesta a lo que cabría esperar del efecto termo-óptico en silicio. Este resultado contraintuitivo es la motivación del tema de este Trabajo de Fin de Master. En la primera parte, se utiliza el modelo de Drude para predecir el comportamiento óptico del ITO. Este modelo se utiliza luego para simular las estructuras de guía de ondas simples para modulación de absorción y de refracción, bajo el supuesto de capacidad de ajuste de la densidad de portadores a granel. Posteriormente, el procedimiento de fabricación se documenta en detalle suficiente para entender algunos de los mecanismos que influyen en las características de la estructura final. Se habla acerca de la influencia del oxígeno durante los tratamientos térmicos relativos a la resistencia del ITO. A continuación, se proponen algunas maneras de lograr el ajuste de la densidad de portadores a granel para la modulación eficiente. Estas dos últimas partes se basan casi exclusivamente en el estudio de la literatura. A continuación, se discute la conmutación óptica, y los resultados de la medición se muestran y discuten. En el momento en que estaba disponible, no se identificaron causas claras que explicaran los resultados obtenidos. Después de calentar la estructura durante varias horas, se encontró que la respuesta de la estructura era un orden de magnitud más pequeño que antes. La estructura parece haber convergido hacia una configuración de mayor estabilidad. Este texto es un intento de dar una amplia introducción al tema, señalando las diferentes partes que podrían investigarse por separado en el futuro, dividiendo el problema en partes.