Un team di ricercatori dell'Israel Institute of Technology ha sviluppato un nuovo condensatore con una struttura a diodo MIS (metallo-isolante-semiconduttore) che è sintonizzabile con l'illuminazione. Il condensatore, che presenta nanoparticelle metalliche incorporate, è simile a un diodo metallo-isolante-metallo (MIM), tranne per il fatto che la capacità del nuovo dispositivo dipende dall'illuminazione e presenta una forte dispersione di frequenza, consentendo un alto grado di sintonizzabilità.

Questo nuovo condensatore ha il potenziale per migliorare la capacità wireless per l'elaborazione delle informazioni, rilevamento e telecomunicazioni. I ricercatori riportano i loro risultati questa settimana nel Rivista di fisica applicata .

"Abbiamo sviluppato un condensatore con la capacità unica di regolare la capacità di grandi quantità usando la luce. Tali cambiamenti non sono possibili in nessun altro dispositivo, " disse Gadi Eisenstein, professore e direttore del Russell Berrie Nanotechnology Institute presso il Technion Israel Institute of Technology di Haifa e coautore del documento. "La fotosensibilità osservata di questa struttura a diodi MIS espande il suo potenziale nei circuiti optoelettronici che possono essere utilizzati come condensatore variabile sensibile alla luce nei circuiti di telerilevamento".

I diodi MIM sono elementi comuni nei dispositivi elettronici, specialmente quelli che utilizzano circuiti a radiofrequenza. Sono costituiti da elettrodi a piastra metallica a film sottile separati da un isolante. Come la struttura MIM, il nuovo condensatore MIS dei ricercatori è indipendente dal bias, il che significa che la capacità costante è indipendente dalla sua tensione di alimentazione. I condensatori indipendenti dal bias sono importanti per un'elevata linearità, e quindi semplice prevedibilità, delle prestazioni del circuito.

"Abbiamo dimostrato che la nostra struttura MIS è superiore a un diodo MIM standard, " disse Vissarion (Beso) Mikhelashvili, ricercatore senior presso l'Israel Institute of Technology e anche coautore dell'articolo. "Da una parte, ha tutte le caratteristiche di un dispositivo MIM, ma la capacità indipendente dalla tensione è sintonizzabile dalla luce, il che significa che la funzionalità di sintonizzazione può essere incorporata nei circuiti fotonici."

"L'illuminazione provoca un duplice effetto, " disse Eisenstein. "In primo luogo, l'eccitazione degli stati trappola aumenta la polarizzazione interna. Secondo, aumenta la densità dei portatori minoritari (dovuta alla generazione di foto) e riduce l'ampiezza della regione di svuotamento. Questo cambiamento modifica la capacità."

I ricercatori hanno creato tre strutture MIS, fabbricato su un substrato di silicio sfuso, basato su uno stack dielettrico multistrato, che consisteva in un sottile film termico di biossido di silicio e uno strato di ossido di afnio. I due strati sono stati separati da substrati di fluoruro di stronzio (SrF2) in cui il ferro (Fe, sono state incorporate nanoparticelle di ferro) o di cobalto (Co).

I ricercatori hanno scoperto che il processo di fluorizzazione-ossidazione degli atomi di ferro provoca la formazione di un gradiente nello stato di valenza degli ioni di ferro attraverso lo strato attivo, che si traduce nella generazione di una polarizzazione elettronica. La polarizzazione provoca una regione di svuotamento indipendente dal bias e quindi una caratteristica di tipo MIM.

Sono state preparate quattro strutture aggiuntive per il confronto:due mancavano dei substrati SrF2 e una di esse è stata preparata senza il film di ferro. Le altre due strutture contenevano SrF2:una non aveva cobalto e la seconda includeva uno strato di Co di un nanometro.

Il confronto con altri condensatori MIS che contenevano le nanoparticelle metalliche con o senza i sottostrati SrF2 ha portato alla conclusione inequivocabile che solo i dispositivi costituiti dalla combinazione di Fe e SrF2 trasformano la struttura MIS in una struttura simile a MIM fotosensibile.