Разработка и исследование методов создания электрооптического модулятора с низкими потерями для фотонных интегральных схем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Лотков Евгений Сергеевич

• Лотков Евгений Сергеевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Лотков Евгений Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор и сравнительный анализ существующих электрооптических модуляторов и их интеграции в фотонные схемы

1.1. Общая классификация интегральных оптических модуляторов

1.2. Анализ наиболее перспективных решений

1.2.1. Электрооптические модуляторы на основе эффекта дисперсии свободных носителей заряда

1.2.1.1. Фотонные модуляторы на основе кремния

1.2.1.2. Плазмонные модуляторы на основе прозрачных проводящих оксидов

1.2.2. Электрооптические модуляторы на основе эффекта Поккельса

и эффекта Керра

1.2.2.1. Синтезированные электрооптические материалы

1.2.2.2. Ниобат лития

1.2.2.3. Титанат бария

1.2.2.4. Цирконат-титанат свинца

1.2.3. Электрооптические модуляторы на основе эффектов, возникающих

в квантовых ямах

1.3. Практические применения оптических модуляторов в фотонных интегральных схемах

1.4. Постановка задачи исследований

Глава 2. Математическое моделирование и технологический анализ интегрального электрооптического модулятора на основе оксида индия-олова

2.1. Распространение электромагнитной волны в интегральном волноводе

2.2. Моделирование конструкции электрооптического модулятора на

основе оксида индия-олова

2.2.1. Моделирование оптической моды пассивных элементов схемы

2.2.1.1. Фотонный волновод

2.2.1.2. Гибридный волновод

2.2.1.3. Сопряжение моды фотонного и гибридного волноводов

2.2.2. Моделирование электрооптических характеристик активного элемента

2.2.2.1. Характеристики слоя оксида индия-олова

2.2.2.2. Распределение заряда в конденсаторе

2.2.2.3. СВЧ электроды

2.3. Разработка и технологический анализ конструкции

электрооптического модулятора на основе оксида индия-олова

2.3.1. Разработка и технологический анализ конструкции абсорбирующего модулятора

2.3.2. Разработка и технологический анализ конструкции модулятора Маха-Цендера

Глава 3. Разработка и исследование технологии создания МОП-конденсаторов на основе оксида индия-олова для электрооптических модуляторов

3.1. Исследование и разработка режимов формирования тонких

пленок оксида индия-олова

3.1.1. Методика эксперимента

3.1.2. Влияние режимов осаждения на характеристики пленок ГГО

3.1.3. Влияние режимов последующего отжига на характеристики

пленок ГТО

3.1.4. Описание механизмов кристаллизации оксида индия-олова

3.1.5. Воспроизводимость удельного сопротивления

3.2. Разработка МОП-конденсатора на основе тонких пленок оксида индия-олова

3.2.1. Разработка технологии формирования МОП-конденсатора и оснастки для измерений

3.2.2. Исследование сдвига диэлектрических констант 1ТО в условиях аккумуляции и истощения заряда

Глава 4. Разработка процесса изготовления и измерения характеристик интегрального оптического модулятора

4.1. Разработка технологии создания кристалла электрооптического модулятора на основе оксида индия-олова

4.1.1. Технологический процесс изготовления электрооптического модулятора на основе ГГО на чипе

4.1.2. Разработка процесса взрывной литографии для формирования чувствительных элементов из 1ТО

4.1.3. Разработка технологии формирования диэлектрических

структур А12О3

4.1.3.1. Разработка технологии осаждения А12О3

4.1.3.2. Разработка технологии травления А12О3

4.1.4. Формирование металлических слоев

4.1.5. Покрытие структур оболочкой оксида кремния

4.1.6. Исследование стабильности параметров структур оксида индия-олова

4.2. Разработка процессов корпусирования и сборки

электрооптического модулятора на чипе

4.3. Экспериментальные исследования электрооптического модулятора

4.3.1. Разработка измерительной схемы

4.3.2. Характеризация электрооптического модулятора

4.3.2.1. Измерение оптических потерь

4.3.2.2. Измерение отражений микроволн СВЧ электродов

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование методов создания электрооптического модулятора с низкими потерями для фотонных интегральных схем»

ВВЕДЕНИЕ

Для перспективных направлений интегральной фотоники: квантовых фотонных вычислений, сенсорики, фотонных искусственных нейронных сетей, средств телекоммуникации нового поколения (например, сотовая связь 6G) необходимо использование сверхвысокочастотных электрооптических модуляторов. Эти устройства служат для преобразования оптического сигнала и должны обладать минимальными потерями, неограниченно высокой пропускной способностью и сравнимой с электронными компонентами плотностью интеграции.

Разработкой материалов, конструкций и технологий изготовления электрооптических модуляторов, использующих различные физические эффекты, занимались многие ученые, основные из которых: М. Лонкар (M. Loncar) из университета Гарварда, США (электрооптические модуляторы на основе ниобата лития), Ю. Лойтхольд (J. Leuthold) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, Швейцария и Л. Далтон (L. Dalton) из университета Вашингтона, США (электрооптические модуляторы на основе полимерных материалов), Ю. Власов в составе компании IBM, США, Т. Баба (T. Baba) из университета Иокогама, Япония (кремниевые электрооптические модуляторы), Ф. Зоргер (V. Sorger) из университета Флориды, США, В. Драчев из Сколковского института науки и технологий, Россия (электрооптические модуляторы на основе прозрачных проводящих оксидов).

Для повышения эффективности электрооптического переключения в модуляторах и снижения вносимых ими потерь на сегодняшний день были разработаны модели: распространения излучения в гибридном волноводе, распространения излучения в волноводах замедленного света для кремниевых гетеропереходов, распространение излучения в фотонных кристаллах на основе нанополостей, распространения излучения в щелевых плазмонных и гибридных волноводах. Так используя гибридный волновод, построенный в фотонном

кристалле, в 2018 году был рассчитан и экспериментально подтвержден переход ТЕ поляризованной моды в резонансное состояние в слое прозрачного проводящего оксида с точкой эпсилон близкой к нулю (epsilon near zero - ENZ) с сопровождающимся поглощением резонансной моды и реализовано переключение интенсивности 5,6 дБ на участке всего 0,375 мкм с рекордными оптическими потерями 0,5 дБ. Однако такие модуляторы не предназначены для фазового переключения.

До сих пор не найдены оптимальные решения для создания модуляторов имеющих одновременно высокую плотность интеграции, низкие потери и возможность переключения фазы. Необходим поиск компромисса между основными характеристиками так, чтобы они соответствовали требованиям конкретной фотонной интегральной схемы (ФИС). Одним из приспособленных типов устройств к такому компромиссу являются электрооптические модуляторы на основе прозрачных проводящих оксидов, в том числе на основе оксида индия-олова (ITO), который является гибким материалом в плане электрических и оптических характеристик, что приводит к возможности создавать модуляторы как интенсивности, так и фазы с низкими потерями, а также позволяет использование как плазмонных, так и фотонных конструкций.

Однако модуляторы данного типа не проработаны технологически: нет экспериментальных исследований влияния морфологии ITO на электрооптические свойства, нет исследований характеристик и стабильности структур микрометровых размеров. Поэтому вносимые потери и коэффициент экстинкции могут быть улучшены. Кроме того, показано недостаточное количество физических моделей работы устройства, и утверждается, что конструкция такого типа модуляторов может быть оптимизирована.

Степень разработанности темы исследования. Электрооптические модуляторы исследуются уже более 50 лет. Сначала появились объемные реализации устройств, а затем, с развитием интегральной фотоники, они перенеслись на чип. Электрооптический модулятор представляет собой специальный активный элемент, расположенный в волноводе. Существует

множество видов активных элементов, построенных на различных материалах, способных изменять свои оптические свойства под воздействием электрического поля или заряда. В последнее время демонстрируются перспективные разработки устройств на основе платформ ниобата лития и фосфида индия, подготовленные для сборки в конечный продукт и использование в системах обработки данных в качестве отдельных самостоятельных элементов или для сборки в схему трансивера посредством объединения этих платформ с комплементарными структурами металл-оксид-полупроводник (КМОП).

На ряду с этим, появляется множество фотонных интегральных схем, где требуется совместимая с технологией КМОП интеграция активных оптических элементов на один чип для уменьшения общих вносимых схемой потерь вплоть до единиц дБ. Особенно перспективной фотонной технологической платформой выделяется нитрид кремния на изоляторе, которая позволяет создавать схемы с широким рабочим диапазоном длин волн (от 400 до 3000 нм) и самыми низкими существующими на данный момент оптическими потерями пассивных элементов (менее 0,001 дБ/см). Разработка совместимых с технологией КМОП электрооптических модуляторов на платформе из нитрида кремния на изоляторе является относительно новым направлением.

В последние годы показано несколько решений на основе тонкопленочных структур титаната бария с эффектом Поккельса. Минимальные потери таких модуляторов составляют 1,6 дБ для фотонных и более 20 дБ для плазмонных реализаций. Следует отметить, что для формирования структур титаната бария с низкими потерями требуется молекулярно-лучевая эпитаксия на специальном затравочном слое с последующим переносом материала на волноводную схему SiзN4, что затрудняет интеграцию активного элемента модуляторов данного типа. Все доступные для анализа фотонные интегральные схемы на платформе из нитрида кремния реализованы на базе термооптических модуляторов с низкими потерями, однако их частота переключения остается в пределах кГц. Так приложения квантовой фотоники требуют потери модуляторов на уровне 0,1 дБ, а скорость переключения единицы ГГц.

Межсоединения центров обработки данных и фотонных нейроморфных и классических вычислительных систем требуют субмикрометровых размеров оптических модуляторов для достижения плотности интеграции сравнимой с плотностью электронных компонентов, энергоэффективности на уровне аДж/бит, а также неограниченно высокой электрической полосы пропускания (более 1 ТГц). Таким образом, современные электрооптические модуляторы не соответствуют технологическим и прикладным требованиям фотонных интегральных схем.

Целью диссертационной работы является обеспечение характеристик электрооптических модуляторов, требуемых современными фотонными интегральными схемами путем научно-обоснованного выбора режимов формирования совместимых с технологией КМОП тонкопленочных микроструктур. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Определены требования, при которых электрооптический модулятор будет востребован в современных фотонных интегральных схемах.

2. Разработан алгоритм расчета электрооптического модулятора на основе оксида индия-олова с учетом электрических и оптических характеристик отдельных элементов, позволяющая проводить численные расчеты потерь и эффективности устройства.

3. Разработана технология осаждения тонкопленочных покрытий и формирования микрометровых элементов, в которых происходит модуляция оптического сигнала, и экспериментально проанализированы зависимости характеристик электрооптического переключения от технологических режимов.

4. Установлены экспериментальные зависимости влияния параметров процесса электронно-лучевого испарения с ионным ассистированием и конфигурации оборудования на воспроизводимость электрических характеристик структур оксида индия-олова.

5. Разработана схема измерения оптических и высокочастотных характеристик электрооптического модулятора.

6. Разработана технология изготовления интегрального электрооптического модулятора на платформе из нитрида кремния.

Научная новизна работы:

1. Разработан метод расчета потерь и эффективности активного элемента плазмонного электрооптического модулятора на основе прозрачных проводящих оксидов с учетом электрических характеристик тонких пленок и поляризации вводимого излучения.

2. Выявлена взаимосвязь режимов формирования оксида индия-олова для использования в активном элементе оптического модулятора методом комбинации электронно-лучевого испарения, ионного ассистирования и последующего отжига с возможностью получения кристаллической структуры и требуемого для электрооптических модуляторов диапазона концентрации электронов.

3. Получено требуемое сочетание электрического сопротивления и коэффициента поглощения микрометровых элементов оксида индия-олова при использовании комбинации взрывной литографии, удаления резиста, отжига оксида индия-олова и термического атомно-слоевого осаждения, обеспечивающее минимальные внутренние потери оптического модулятора.

4. Предложен и реализован новый метод измерения потерь и эффективности плазмонного электрооптического модулятора с учетом поляризационно-зависимого соединения фотонной и плазмонной моды в гибридном волноводе.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основе проведенных в работе исследований технологических методов и режимов разработан маршрут создания электрооптического модулятора, использующего прозрачные проводящие оксиды. Представлены рекомендации по измерениям характеристик электрооптических модуляторов. Проведены приемо-сдаточные испытания фотонного СВЧ оборудования с использованием опытных образцов изготовленных электрооптических модуляторов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе проведены экспериментальные исследования по определению зависимости параметров устройства от режимов нанесения тонкопленочных структур, в том числе чувствительного слоя оксида индия-олова. Для достижения поставленной цели изготовлено и охарактеризовано более 250 экспериментальных образцов, а также разработано и изготовлено более 5 стендов и оснасток для тестирования параметров многослойных покрытий активного элемента. Для контроля параметров пленок и структур использовались следующие методы их измерения: эллипсометрия, сканирующая электронная микроскопия, дифракция обратно-рассеянных электронов, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия, стилусная профилометрия, четырехзондовый метод измерения сопротивления, зондовые измерения вольтамперных характеристик.

Достоверность полученных результатов, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена использованием современного поверенного метрологического оборудования, проведенных экспериментальных исследований, согласованностью теоретических и экспериментальных результатов, а также внедрением разработанных методик и режимов работы технологического оборудования в НИР, проводимых НОЦ «ФМНС» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Создание модулятора, сопрягаемого с волноводом из нитрида кремния толщиной более 300 нм для длины волны 1550 нм при использовании ТМ поляризации или включающего в себя плазмонные элементы, обеспечивающие взаимодействие с ТЕ модой, дает возможность изменять амплитуду более 0,005 дБ/(Вмкм) и фазу более 0,0015 рад/(Вмкм).

2. Комбинация электронно-лучевого испарения с ассистированием ионами кислорода с необходимой энергией и последующего отжига в смеси 02 и Аг с требуемым диапазоном температур позволяет получать равномерную по площади кристаллическую структуру оксида индия-олова с

пониженной концентрацией электронов в диапазоне от 5 -1019 до 2-2020 см-3 при латеральных размерах элемента не менее 90 мкм2.

3. Структуры оксида индия-олова, нанесенные электронно-лучевым испарением с ионным ассистированием, состоят из кристаллических зародышей, окруженных аморфными участками материала с повышенной концентрацией внедренного в объем кислорода. При последующем отжиге кристаллизация происходит по каналам диффузии внедренного кислорода к радиально растущим кристаллическим участкам. Температура отжига, при которой достигается кристаллизация, обеспечивающая необходимый уровень удельного сопротивления, тем ниже, чем больше энергия ионов при осаждении и количество кислорода в газовой смеси, при общей площади элемента, обеспечивающей достаточное количество сверхстехиометрического кислорода для формирования кристаллической структуры, что подтверждается зависимостью удельного сопротивления от его латеральных размеров.

4. В процессе изготовления электрооптического модулятора сопротивление и коэффициент поглощения оксида индия-олова претерпевают изменения, что влияет на потери устройства. При использовании комбинации взрывной литографии, удаления резиста при комнатной температуре, отжига оксида индия-олова и атомно-слоевого осаждения при температуре не более 300°С сопротивление материала уменьшается не более чем в 2 раза и коэффициент поглощения не превышает 0,18 на длине волны 1550 нм, что обеспечивает внутренние потери модулятора не более, чем 0,7 дБ/мкм.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 7 российских и международных конференциях: Международная конференция по фотонике и информационной оптике МИФИ 2019 (Москва), METANANO 2020 (онлайн), РФИВ 2022 (Омск), НТК ВНИИА-2021, НТК ВНИИА-2022, НТК ВНИИА-2023 (Москва), НТК ВНИИА-2024 (Москва), а также на научных

семинарах кафедры «Электронные технологии в машиностроении» и НОЦ ФМН МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Публикации. По материалам и основному содержанию работы опубликовано 15 научных работ в научно-технических журналах и трудах конференций, из них 10 в научно-технических журналах, находящихся в базах данных Web of Science и Scopus, и 2 научных работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Личный вклад. Автор самостоятельно провел поиск и анализ литературных источников. Экспериментальные и расчетные данные, а также данные моделирования получены автором лично или с его непосредственным участием. Лично отработал процесс формирования тонких пленок и структур оксида индия -олова методом электронно-лучевого испарения с ионным ассистированием. Принимал непосредственное участие в процессе проектирования электрооптического модулятора, расчета ключевых параметров и разработки базового технологического маршрута с последующим изготовлением устройства.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 130 страницах, включают 55 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 147 наименований.

Глава 1. Обзор и сравнительный анализ существующих электрооптических модуляторов и их интеграции в фотонные схемы

В этом разделе рассмотрены самые перспективные на данный момент разработки интегральных электрооптических модуляторов конструкционно и с технологической стороны. В конце главы приведено их подробное сравнение. Кроме того, представлен анализ требований тех современных фотонных интегральных схем, для которых электрооптические модуляторы необходимы.

1.1. Общая классификация интегральных оптических модуляторов

За последние 50 лет было показано множество разработок оптических модуляторов. Анализируя все существующие интегральные решения, можно провести классификацию, изображенную на Рисунке 1.1. Следует заметить, что приведены все типы оптических модуляторов, однако это работа будет посвящена только электрооптическим из-за ряда их преимуществ по сравнению термоптическими и оптоэлектромеханическими.

Конструкционно электрооптические модуляторы можно разделить на три категории: 1) устройства с бегущей волной и сосредоточенными элементами (например, фазовращатели, расположенные в интерферометрической конфигурации Маха-Цендера или Майкельсона); 2) резонансные устройства, такие как кольцевые резонаторы, которые включают многократное прохождение света через устройства (количество проходов определяется добротностью устройства); 3) абсорбирующие конструкции на основе прямого волновода или контролируемых дефектных структур, таких как фотонные кристаллы.

Переключение в электрооптических модуляторах основано на эффекте дисперсии свободных носителей заряда (free carrier plasma dispersion - FCPD), на полевых эффектах (Поккельса и Керра), на пьезоэффекте, на эффекте Франца-Келдыша (FKE) или на квантово-ограниченном эффекте Штарка (quantum confined Stark effect - QCSE), наблюдаемом в квантовых ямах. Для наблюдения этих

эффектов проводится множество исследований в области материаловедения, поскольку требуются материалы, обладающие высокоэффективными электрооптическими свойствами.

Рисунок 1.1. Классификация существующих интегральных оптических модуляторов

Характеристикой материалов на основе БСРЭ является величина оптического отклика на изменение концентрации носителей заряда, на основе полевых эффектов - коэффициенты Поккельса и Керра, а на основе эффектов БКБ и РСББ - величина и конфигурация запрещенной зоны. Также эффективность материалов определяется их коэффициентом поглощения.

Исходя из проведенного анализа наиболее перспективными электрооптическими материалами являются легированный кремний [1-23, 93],

прозрачные проводящие оксиды [24-37, 94, 95], ниобат лития [49-57], титанат бария [58-63], цирконат титанат свинца [64-67], электрооптические синтезированные полимеры [38-49]. Гетероструктуры, формирующие квантовые ямы [70-72] также являются перспективными, однако технология выращивания гетероструктур сложна для совместимости со стандартными процессами изготовления фотонных интегральных схем и для интеграции с другими элементами. Поэтому для углубленного понимания данной работы кратко рассмотрены только эффекты в квантовых ямах и лучшие реализации на их основе.

1.2. Анализ наиболее перспективных решений

Сравнение типов электрооптических модуляторов обычно проводится по эффекту, наблюдаемому в соответствующем материале.

1.2.1. Электрооптические модуляторы на основе эффекта дисперсии свободных носителей заряда

Эффект дисперсии свободных носителей заряда представляет собой введение электронного облака в чувствительный материал (или выведение электронов из материала). При этом, в месте электронного взаимодействия происходит резкое изменение концентрации основных носителей заряда. В чувствительном материале, находящимся в месте электронного взаимодействия, изменяется частота рассеяния электронов у и частота плазмонного резонанса шр в модели Друде. Это приводит к сдвигу кривых показателя преломления и коэффициента поглощения материала в требуемую область длин волн.

Такое взаимодействие возможно благодаря конструкции активного элемента в виде гетероперехода или МОП-конденсатора, в состав которого должен входить чувствительный материал. Далее в разделе рассмотрены оптические модуляторы с определенными конструкциями активных элементов на основе различных чувствительных материалов, обладающих эффектом дисперсии свободных носителей заряда.

1.2.1.1. Фотонные модуляторы на основе кремния

Кремний обладает невысоким по сравнению с прозрачными проводящими оксидами эффектом FCPD. Для создания модуляторов на его основе используется технология легирования.

Первую разработку показала компания Intel Corporation в 2004 году [1]. Модулятор имеет вертикальный МОП-конденсатор, состоящий из среднелегированного (Nc = 1019 см-3) кремния n- и p- типа по обе стороны от термически выращенного диэлектрика из оксида кремния. В данной работе свет, проходящий сквозь МОП-конденсатор локализован в области накопления (или истощения) носителей заряда. При зарядке конденсатора, происходит изменение показателя преломления среды распространения света. Волновод в области МОП-конденсатора имеет длину 1 мм. Таким образом, прикладывая напряжение 7,7 В, обеспечивается сдвиг фазы на 90° в каждом плече Маха-Цендера, приводящий к суммарному сдвигу в области интерференции 180° и гашению света с коэффициентом экстинкции ER = 16 дБ. При прохождении через всю пассивную и активную схему модулятора свет претерпевает потери 6,7 дБ.

Следующие разработки были показаны в виде гетероперехода из легированного кремния. В 2007 году компания IBM представила горизонтальный p-i-n переход с распространением света в области собственного полупроводника [2], а компания Intel Corporation - вертикальный p-n переход с распространением света в области p-типа [3]. Обе конструкции обладают сильнолегированными областями (Nc > 1020 см-3) по обе стороны от менее легированных областей для упрощенной инжекции носителей в зону распространения света. Результаты этих работ показали потери распространения света 4 дБ, длину активного элемента устройства от 200 до 1000 мкм, напряжение переключения 1,8 В и пропускную способность от 10 до 40 Гбит/сек. Кроме конструкции модулятора в виде интерферометра Маха-Цендера, в это же время был представлен кольцевой резонатор с расположенной на кольце областью переключения в виде горизонтального p-i-n гетероперехода. Использования такой конструкции

позволило уменьшить длину устройства до приблизительно 30 мкм (диаметр кольца - 12 мкм).

Для совершенствования конструкции кремниевых оптических активных элементов было проведено множество исследований, в результате которых были показаны горизонтальные p-i-n переходы с подводом к ним сильнолегированных областей в виде ребер [4], которые образуют волновод замедленного света [7], позволяющий взаимодействовать с проходящими волнами с большей эффективностью. В результате скорость передачи данных увеличилась до 50 Гбит/сек с напряжением переключения всего 1,2 В. Был также представлен ряд чередующихся p-n переходов для увеличения эффективности влияния электрического сигнала на оптический [5]. Степень легирования кремния влияет на потери проходимого света. Слабо легируя чередующиеся p-n области (^ = от 3 1017 до 1018 см-3) возможно добиться такой же эффективности, как в случае среднелегированных не чередующихся областей.

Таким образом были показаны модуляторы с потерями полезного сигнала 3,5 дБ при скорости переключения 24 ГГц. В 2017 году была представлена конструкция Маха-Цендера, усиленная фотонным кристаллом, который увеличивает степень локализации света и электрооптический эффект [6]. Такое увеличение эффективности позволило достигнуть рекордный на данный момент результат, характеризующийся следующими параметрами: длина активного элемента 200 мкм, напряжение переключения 1,75 В, потери от 3 до 5 дБ и скорость переключения более 25 Гбит/сек.

Для связи технологических параметров с характеристиками устройства уровень легирования кремния был выделен для каждой физической реализации устройства (Таблица 1).

Таблица 1.

Сравнение характеристик кремниевых электрооптических модуляторов и уровней

легирования кремния

Параметры устройства Уровень легирования 81

Ссылка Вносимые Длина активного Напряжение Скорость, Коэффициент р, см-3 п, см-3 р++, см-3

потери 1Ь (на элемента Ьжгке, ит переключения, ГГц экстинкции, п++, см-3

чипе), дБ В дБ

[5] 3.5 2000 -6 24 4.7 (динамич.) 31017 5 ■ 1017 11020

[16] 3.5 750 -8 50 Гбит/с 7.5 1-1017 11017 -

[17] 3.8 200 -6 40 Гбит/с 6.4 11018 81017 5.5 ■ 1020

[3] 4.0 1000 - 40 Гбит/с 1.2 (динамич.) 1.51017 31018 1 ■ 1020

[18] 4.0 950 8 40 Гбит/с 7.9 5 ■ 1017 11018 11019

[19] 4.2 500 -2 30 32 1 ■ 1017 1 ■ 1017 -

[14] 5.0 1000 6 52 Гбит/с 35 5 ■ 1017 5 ■ 1017 1 ■ 1020

[13] 5.0 1000 6.5 40 Гбит/с 7.5 31017 1.51018 -

[6] 5.0 200 1.75 25 Гбит/с 4 (динамич.) 1.051018 6.2-1017 1.91020

[11] 6.0 500 -5 40 Гбит/с 8.5 41017 5 ■ 1017 11020

[23] 6.0 4700 6 40 Гбит/с 6.6 81017 11018 11019

[1] 6.7 1000 7.7 - 16 11019 11019 -

[21] 7.5 120 2 25 10 11018 11018 -

[22] 7.6 500 6 25 Гбит/с 20 11018 11018 1 ■ 1020

[20] 9.8 3000 1.7 25 Гбит/с 25 11018 21018 11020

[10] 10.0 500 5 20 Гбит/с 3 (динамич.) 31017 1.51018 1 ■ 1020

[12] 15.0 1350 6 40 Гбит/с 8.5 11018 11018 11020

[4] 1.2 (в акт. элементе) 250 2.4 12.5 Гбит/с 4.2 (динамич.) 1 ■ 1020 1 ■ 1020 1 ■ 1020

[2] - 200 1.8 10 Гбит/с 11020 11020 -

[15] 2.0 90 (к. резонатор) 2 11 6.5 5 ■ 1017 11018 1 ■ 1020

[9] 5.2 30 (к. резонатор) 1.2 50 Гбит/с 4.6 11019 31018 11020

[8] 9.0 30 (к. резонатор) 2 12.5 Гбит/с 9 11019 11019 -

Из таблицы видно, что уровень легирования является ключевым

технологическим требованием для данных типов модуляторов. Анализируя результат можно сделать вывод, что наименьшие потери 1Ь наблюдаются для модуляторов с концентрацией легирующих примесей гетероперехода основной области менее 1018 см-3, однако такой уровень легирования требует длину устройства более 500 мкм, если не предусмотрена резонансная структура. Следует отметить, что для изготовления рассмотренных кремниевых модуляторов используется КМОП технология. Это позволяет проводить их интеграцию с электронными элементами на чипе, но требует использования промышленного оборудования в их производстве.

1.2.1.2. Плазмонные модуляторы на основе прозрачных проводящих оксидов

Прозрачные проводящие оксиды (transparent conductive oxide, TCO) -являются полупроводниками n-типа. Легирующие элементы встроены в их кристаллическую решетку таким образом, что не нарушают прозрачность материала. Наиболее популярными представителями TCO являются оксид индия-олова (indium tin oxide, ITO) и оксид цинка, легированный алюминием (aluminum doped zinc oxide, AZO).

В последние 10 лет большой интерес вызывают оптические модуляторы, основанные на изменении диэлектрической проницаемости оксида индия-олова [24-27]. Зависимость оптических констант от концентрации электронов в ITO определяется моделью Друде-Лоренца, поэтому возможно управлять как действительной, так и мнимой части показателя преломления материала [28]. Оптические модуляторы, основанные на эффекте изменения оптических свойств прозрачных проводящих пленок, могут быть реализованы в виде гибридного волновода, представляющего собой конденсатор металл-оксид-полупроводник (МОП) со встроенным тонким слоем ITO. При приложении электрического потенциала к активному элементу на границе оксид/ITO образуется слой накопления заряда, где концентрация электронов значительно выше. Световая мода, локализованная в этом объеме, поглощается [24, 25] или меняет фазу [26, 27].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лотков Евгений Сергеевич, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. A high-speed silicon optical modulator based on a metal-oxide-semiconductor capacitor / Liu A.[et al.] // Nature. 2004. T. 427. № 6975. C. 615-618.

2. Ultra-compact, low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator / Green W.M.[et al.] // Optics express. 2007. T. 15. № 25. C. 17106-17113.

3. 40 Gbit/s silicon optical modulator for high-speed applications / Liao L.[et al.] // Electronics letters. 2007. T. 43. № 22. C. 1196-1197.

4. 12.5-Gb/s operation with 0.29-V- cm V n L using silicon Mach-Zehnder modulator based-on forward-biased pin diode / Akiyama S.[et al.] // Optics express. 2012. T. 20. № 3. C. 2911-2923.

5. Demonstration and characterization of high-speed silicon depletion-mode Mach-Zehnder modulators / Xu H.[et al.] // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2013. T. 20. № 4. C. 23-32.

6. Si photonic crystal slow-light modulators with periodic p-n junctions / Terada Y.[et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2017. T. 35 № 9. C. 16841692.

7. Matzen R., Jensen J. S. and Sigmund O. Systematic design of slow-light photonic waveguides // JOSA B. 2011. T. 28. № 10. C. 2374-2382.

8. 12.5 Gbit/s carrier-injection-based silicon micro-ring silicon modulators / Xu Q.[et al.] // Optics express. 2007. T. 15. № 2. C. 430-436.

9. 50-Gb/s ring-resonator-based silicon modulator / Baba T.[et al.] // Optics express. 2013. T. 21. № 10. C. 11869-11876.

10. High speed silicon electro-optical modulators enhanced via slow light propagation / Brimont A.[et al.] // Optics Express. 2011. T. 19. № 21. C. 20876-20885.

11. High-contrast 40 Gb/s operation of a 500 ^m long silicon carrier-depletion slow wave modulator / Brimont A.[et al.] // Optics letters. 2012. T. 37. № 17. C. 35043506.

12. 40 Gb/s silicon photonics modulator for TE and TM polarisations / Gardes F.Y.[et al.] // Optics express. 2011. T. 19. № 12. C. 11804-11814.

13. High contrast 40Gbit/s optical modulation in silicon / Thomson D. J.[et al.] // Optics express. 2011. T. 19. № 12. C. 11507-11516.

14. High-speed carrier-depletion silicon Mach-Zehnder optical modulators with lateral PN junctions / Reed G. T.[et al.] // Frontiers in Physics. 2014. T. 2. № 77.

15. Low V pp, ultralow-energy, compact, high-speed silicon electro-optic modulator / Dong P.[et al.] // Optics express. 2009. T. 17. № 25. C. 22484-22490.

16. High-speed, low-loss silicon Mach-Zehnder modulators with doping optimization / Xiao X.[et al.] // Optics express. 2013. T. 21. № 4. C. 4116-4125.

17. Yang L., Ding J. High-speed silicon Mach-Zehnder optical modulator with large optical bandwidth // Journal of lightwave technology. 2013. T. 32. № 5. C. 966-970.

18. Low loss 40 Gbit/s silicon modulator based on interleaved junctions and fabricated on 300 mm SOI wafers / Marris-Morini D.[et al.] // Optics express. 2013. T. 21. № 19. C. 22471-22475.

19. Design of a carrier-depletion Mach-Zehnder modulator in 250 nm silicon-on-insulator technology / Rosa M. F.[et al.] // Advances in Radio Science: ARS. 2017. T. 15. C. 269.

20. 32-Gb/s OOK and 64-Gb/s PAM-4 modulation using a single-drive silicon Mach-Zehnder modulator with 2 V drive voltage / Zhou G.[et al.] // IEEE Photonics Journal. 2019. T. 11. № 6. C. 1-10.

21. 25 GHz operation of silicon optical modulator with projection MOS structure / Fujikata J.[et al.] // In Optical Fiber Communication Conference: Optica Publishing Group. 2010. C. OMI3.

22. All-silicon carrier accumulation modulator based on a lateral metal-oxide-semiconductor capacitor / Debnath K.[et al.] // Photonics Research. 2018. T. 6. № 5. C. 373-379.

23. 40 Gbit/s low-loss silicon optical modulator based on a pipin diode / Ziebell M.[et al.] // Optics express. 2012. T. 20. № 10. C. 10591-10596.

24. Ultra-compact silicon nanophotonic modulator with broadband response / Sorger V.J.[et al.] // Nanophotonics. 2012. Т. 1. С. 17-22. https://doi.org/10.1515/nanoph-2012-0009 (дата обращения: 05.01.2024).

25. Ultracompact silicon-conductive oxide nanocavity modulator with 0.02 lambda-cubic active volume / Li, E.[et al.] // Nano letters. 2018, Т. 18. С. 1075-1081. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b04588 (дата обращения: 05.01.2024).

26. 0.52 V mm ITO-based Mach-Zehnder modulator in silicon photonics / Amin R.[et al.] // APL Photonics. 2018. Т. 3. С. 126104. https://doi.org/10.1063/L5052635 (дата обращения: 05.01.2024).

27. Heterogeneously integrated ITO plasmonic Mach-Zehnder interferometric modulator on SOI / Amin R.[et al.] // Scientific Reports. 2021. Т. 11. С. 1287. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80381-3 (дата обращения: 05.01.2024).

28. Active material, optical mode and cavity impact on nanoscale electro-optic modulation performance / Amin R.[et al.] // Nanophotonics. 2017. Т. 7. С. 455-472. https://doi.org/10.1515/nanoph-2017-0072 (дата обращения: 05.01.2024).

29. A hybrid plasmonic waveguide for subwavelength confinement and long-range propagation / Oulton R.[et al.] // Nature Photonics. 2008. Т. 2. С. 496-500. https://doi.org/10.1038/nphoton.2008.131 (дата обращения: 05.01.2024).

30. Coupling-enhanced dual ITO layer electro-absorption modulator in silicon photonics / Tahersima M. H.[et al.] // Nanophotonics. 2019. Т. 8. № 9. С. 15591566.

31. Gao Q., Li E., and Wang A. X. Ultra-compact and broadband electro-absorption modulator using an epsilon-near-zero conductive oxide // Photonics Research. 2018. Т. 6. № 4. С. 277-281.

32. High-speed plasmonic-silicon modulator driven by epsilon-near-zero conductive oxide / Zhou B.[et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2020. Т. 38. № 13. С. 3338-3345.

33. Nanoscale conducting oxide PlasMOStor / Lee H.W.[et al.] // Nano letters. 2014. Т. 14. С. 6463-6468.

34. The plasmonic memristor: a latching optical switch / Hoessbacher C.[et al.] // Optica. 2014. T. 1. № 4. C. 198-202.

35. Feigenbaum E., Diest K., and Atwater H. A. Unity-order index change in transparent conducting oxides at visible frequencies // Nano letters. 2010. T. 10. № 6. C. 21112116.

36. Effect of oxygen stoichiometry on the structure, optical and epsilon-near-zero properties of indium tin oxide films / Xian S.[et al.] // Optics express. 2019. T. 27. № 20. C. 28618-28628.

37. Gate-tunable conducting oxide metasurfaces / Huang Y. W.[et al.] // Nano letters. 2016. T. 16. № 9. C. 5319-5325.

38. High-speed, low drive-voltage silicon-organic hybrid modulator based on a binary-chromophore electro-optic material / Palmer R.[et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2014. T. 32. № 16. C. 2726-2734.

39. Perspective: Nanophotonic electro-optics enabling THz bandwidths, exceptional modulation and energy efficiencies, and compact device footprints / Dalton L.R.[et al.] // APL Materials. 2023. T. 11. №5.

40. Photocrosslinkable liquid-crystalline block copolymers with coumarin units synthesized with atom transfer radical polymerization / Tian Y.[et al.] // Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 2003. T. 41. № 14. C. 2197-2206.

41. Femtojoule electro-optic modulation using a silicon-organic hybrid device / Koeber S.[et al.] // Light: Science & Applications. 2015. T. 4. №. 2. C. e255-e255.

42. 500 GHz plasmonic Mach-Zehnder modulator enabling sub-THz microwave photonics / Burla M.[et al.] // APL Photonics. 2019. T. 4. C. 056106.

43. Resonant plasmonic micro-racetrack modulators with high bandwidth and high temperature tolerance / Eppenberger M.[et al.] // Nature Photon. 2023. T. 17. C. 360-367.

44. Matrix-assisted poling of monolithic bridge-disubstituted organic NLO chromophores / Elder D. L.[et al.] // Chemistry of Materials. 2014. T. 26. № 2. C. 872-874.

45. High-speed, low drive-voltage silicon-organic hybrid modulator based on a binary-chromophore electro-optic material / Palmer R.[et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2014. Т. 32. № 16. С. 2726-2734.

46. Low-loss plasmon-assisted electro-optic modulator / Haffner C.[et al.] // Nature. 2018. Т. 556. С. 483-486. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0031-4 (дата обращения: 05.01.2024).

47. EO polymer modulators reliability study / Jin D.[et al.] // In Organic Photonic Materials and Devices XII. 2010. Т. 7599 С. 39-46.

48. Silicon-organic hybrid (SOH) Mach-Zehnder modulators for 100 GBd PAM4 signaling with sub-1 dB phase-shifter loss / Kieninger C.[et al.] // Optics express. 2020. Т. 28. № 17. С. 24693-24707.

49. Unprecedented highest electro-optic coefficient of 226 pm/V for electro-optic polymer/TiO2 multilayer slot waveguide modulators / Jouane Y.[et al.] // Optics express. 2014. Т. 22. № 22. С. 27725-27732.

50. Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating at CMOS-compatible voltages / Wang C.[et al.] // Nature. 2018. Т. 562. С. 101-104. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0551-y (дата обращения: 05.01.2024).

51. A heterogeneously integrated lithium niobate-on-silicon nitride photonic platform / Churaev M.[et al.] // Nature Commun. 2023. Т. 14. С. 3499.

52. Monolithic ultra-high-Q lithium niobate microring resonator / Zhang M.[et al.] // Optica. 2017. Т. 4. № 12. С. 1536-1537.

53. Sub-1 Volt and high-bandwidth visible to near-infrared electro-optic modulators / Renaud D.[et al.] // Nature Commun. 2023. Т. 14. С. 1496.

54. Thin-Film Lithium Niobate Optical Modulators with an Extrapolated Bandwidth of 170 GHz / Arab Juneghani F.[et al.] // Advanced Photonics Research. 2023. Т. 4. № 1. С. 2200216.

55. A power-efficient integrated lithium niobate electro-optic comb generator / Zhang K.[et al.] // Commun Phys. 2023. Т. 6. С. 17.

56. High-speed tunable microwave-rate soliton microcomb / He Y.[et al.] // Nature Commun. 2023. Т. 14. С. 3467.

57. High-Q photonic resonators and electro-optic coupling using silicon-on-lithium-niobate / Witmer J.[et al.] // Scientific Reports. 2017. Т. 7. С. 46313. https://doi.org/10.1038/srep46313 (дата обращения: 05.01.2024).

58. Active silicon integrated nanophotonics: ferroelectric BaTiO3 devices / Xiong C.[et al.] // Nano letters, 14(3), 1419-1425 (2014).

59. Large Pockels effect in micro- and nanostructured barium titanate integrated on silicon / Abel S.[et al.] // Nature Materials. 2019. Т. 18. С. 42-47. https://doi.org/10.1038/s41563-018-0208-0 (дата обращения: 05.01.2024).

60. The Effect of Sputtering Target Density on the Crystal and Electronic Structure of Epitaxial BaTiO3 Thin Films / Qi F.[et al.] // Crystals. 2024. Т. 14. № 4. С. 304.

61. Rapid thermal two-stage metal-organic chemical vapor deposition growth of epitaxial BaTiO3 thin films / Kreinin O.[et al.] // Thin solid films. 2007. Т. 515. № 16. С. 6442-6446.

62. An integrated optical modulator operating at cryogenic temperatures / Eltes F.[et al.] // Nature Materials. 2020. Т. 19. № 11. С. 1164-1168 (2020). https://doi.org/10.1038/s41563-020-0725-5 (дата обращения: 05.01.2024).

63. Plasmonic Ferroelectric Modulator Monolithically Integrated on SiN for 216 GBd Data Transmission / Kohli M.[et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2023. Т. 41. № 12. С. 3825-3831.

64. A strong pockels pzt/si modulator for efficient electro-optic tuning / Feutmba G.F. [et al.] // In Integrated Photonics Research, Silicon and Nanophotonics: Optica Publishing Group. 2020. С. ITu1A-6.

65. Nanophotonic Pockels modulators on a silicon nitride platform / Alexander K.[et al.] // Nature communications. 2018. Т. 9. № 1. С. 1-6.

66. Lanthanide-assisted deposition of strongly electro-optic PZT thin films on silicon: toward integrated active nanophotonic devices / George J.[et al.] // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. Т. 7. С. 13350-13359.

67. Structural insight into the optical and electro-optic properties of lead zirconate titanate for high-performance photonic devices / Zhu M.[et al.] // Ceramics International. 2019. Т. 45. № 17. С. 22324-22330.

68. Turgut C. M. Refractive Index Tuning with Burstein-Moss Effect in Indium Nitrite Under Photoexcitation: дис. - Bilkent Universitesi. Turkey. 2009.

69. Waveguide-integrated, ultralow-energy GeSi electro-absorption modulators / Liu J. [et al.] // Nature Photonics. 2008. Т. 2. № 7. С. 433-437.

70. Jennings A., Wilkinson C. D. W., and Roberts J. S. Spectral characterization of the linear and quadratic electro-optic effects in GaAs/AlGaAs multiple quantum well waveguides // Semiconductor science and technology. 1992. Т. 7. № 1. С. 60.

71. Dogru S., and Dagli N. 0.77-V drive voltage electro-optic modulator with bandwidth exceeding 67 GHz // Optics letters. 2014. Т. 39. № 20. С. 6074-6077.

72. Ultralow voltage, high-speed, and energy-efficient cryogenic electro-optic modulator / Pintus P.[et al.] // Optica. 2022. Т. 9. № 10. С. 1176-1182.

73. Xie C., and Zhang B. Scaling Optical Interconnects for Hyperscale Data Center Networks // Proceedings of the IEEE. 2022. Т. 110. № 11. С. 1699-1713.

74. Review and perspective on ultrafast wavelength-size electro-optic modulators / Liu K.[et al.] // Laser Photonics Rev. 2015. Т. 9. С. 172-194.

75. Polariton Technologies. URL: https://www.polariton.ch/ (дата обращения: 05.01.2024).

76. Large-scale error-tolerant programmable interferometer fabricated by femtosecond laser writing / Kondratyev I. [et al.] // Photonics Research. 2024. Т. 12. № 3. С. A28-A40.

77. Deep learning with coherent nanophotonic circuits / Shen Y.[et al.] // Nature Photonics. 2017. Т. 11. С. 441-446. https://doi.org/10.1038/nphoton.2017.93 (дата обращения: 05.01.2024).

78. 20-mode universal quantum photonic processor / Taballione C.[et al.] // Quantum. 2023. Т. 7. С. 1071.

79. Устойчивые к ошибкам архитектуры перепрограммируемых оптических интерферометров для квантовой обработки информации / Сайгин М.Ю.[и др.] // Наноиндустрия. 2020. Т. 13. С. 646-647.

80. Dual-microring resonator based 8* 8 silicon photonic switch / Huang Y.[et al.] // In

2019 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition (OFC). 2019. С. 1-3.

81. Nano-opto-electro-mechanical switches operated at CMOS-level voltages / Haffner C.[et al.] // Science. 2019. Т. 366. № 6467. 860-864.

82. Ramey C. Silicon photonics for artificial intelligence acceleration: Hotchips 32 // In

2020 IEEE hot chips 32 symposium (HCS). 2020. С. 1-26.

83. Ashtiani F., Geers A.J. and Aflatouni F. An on-chip photonic deep neural network for image classification // Nature. 2022. Т. 606. С. 501-506. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04714-0 (дата обращения: 05.01.2024).

84. OIDA quantum photonics roadmap. 2020.

85. Pockels soliton microcomb / Bruch A.W.[et al.] // Nature Photonics. 2021. Т. 15. С. 21-27. https://doi.org/10.1038/s41566-020-00704-8 (дата обращения: 05.01.2024).

86. On-chip dual-comb source for spectroscopy / Dutt A.[et al.] // Science advances. 2018. Т. 4. № 3. С. e1701858.

87. Microresonator soliton dual-comb spectroscopy / Suh M. G. [et al.] // Science. 2016. Т. 354. № 6312. С. 600-603.

88. Broadband electro-optic frequency comb generation in a lithium niobate microring resonator / Zhang M.[et al.] // Nature. 2019. Т. 568. С. 373-377. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1008-7 (дата обращения: 05.01.2024).

89. Coherent solid-state LIDAR with silicon photonic optical phased arrays / Poulton C.V.[et al.] // Optics letters. 2017. Т. 42. № 20. С. 4091-4094.

90. Integrated phased array for wide-angle beam steering / Yaacobi A.[et al.] // Optics letters. 2014. Т. 39. № 15. С. 4575-4578.

91. Li B., Lin Q. and Li M. Frequency-angular resolving LiDAR using chip-scale acousto-optic beam steering // Nature. 2023. Т. 620. С. 316-322.

92. Long-range LiDAR and free-space data communication with high-performance optical phased arrays / Poulton C.V.[et al.] // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2019. Т. 25. № 5. С. 1-8.

93. A high-speed micro-ring modulator for next generation energy-eficient optical networks beyond 100Gbaud / Sakib M.[et al.] // In Conference on Lasers and Electro-Optics. 2021. C. SF1C.3.

94. High-bandwidth Si/In2O3 hybrid plasmonic waveguide modulator / Huang Y.[et al.] // APL Photonics. 2022. T. 7. № 5.

95. Plasmon-assisted Si-ITO integrated electro-optical Rib-shape modulator / Zemtsov D.S.[et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2023.

96. Gemo E. The design and analysis of novel integrated phase-change photonic memory and computing devices: gnc. - University of Exeter (United Kingdom). 2021.

97. Cano D.M. Plasmonic waveguides: Classical applications and quantum phenomena: gnc. - Universidad Autónoma de Madrid. 2012.

98. Yang C., Pham J. Characteristic Study of Silicon Nitride Films Deposited by LPCVD and PECVD // Silicon. 2018. T. 10. C. 2561-2567.

99. Zhu S., Lo G.Q., and Kwong D. L. Design of an ultra-compact electro-absorption modulator comprised of a deposited TiN/HfO 2/ITO/Cu stack for CMOS backend integration // Optics Express. 2014. T. 22. № 15. C. 17930-17947.

100. Modular nonlinear hybrid plasmonic circuit / Tuniz A.[et al.] // Nature Communications. 2020. T. 11. C. 2413.

101. Surface plasmon polariton absorption modulator / Melikyan A.[et al.] // Optics express. 2011. T. 19. C. 8855-8869.

102. Cascade wide-angle Y-junction 1x 16 optical power splitter based on silicon wire waveguides on silicon-on-insulator / Tao S.H.[et al.] // Optics express. 2008. T. 16. № 26. C. 21456-21461.

103. González G.[et al.] Defect Structure Studies on Bulk Indium-Tin Oxide: Tech. Rep. Argonne National Laboratory and Northwestern University. 2003.

104. Defect formation in In 2 O 3 and SnO 2: A new atomistic approach based on accurate lattice energies / Hou Q.[et al.] // Journal of Materials Chemistry C. 2018. T. 6. №2 45. C. 12386-12395.

105. Interstitial oxygen and dopant atoms arrangement in tin-doped indium oxide / Inerbaev T. M.[et al.] // Materials transactions. 2007. T. 48. № 4. C. 666-669.

106. Interstitial Oxygen in Tin-Doped Indium Oxide Transparent Conductors / Warschkow O.[et al.] // Journal of the American Ceramic Society. 2006. T. 89. №2 2. C. 616-619.

107. Guillen C., Herrero J. Influence of oxygen in the deposition and annealing atmosphere on the characteristics of ITO thin films prepared by sputtering at room temperature // Vacuum. 2006. T. 80. № 6. C. 615-620.

108. Lenaerts S., Roggen J., and Maes G. FT-IR characterization of tin dioxide gas sensor materials under working conditions // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 1995. T. 51. № 5. C. 883-894.

109. Bottom-up growth of fully transparent contact layers of indium tin oxide nanowires for light-emitting devices / O'Dwyer C.[et al.] // Nature nanotechnology. 2009. T. 4. № 4. C. 239-244.

110. Structural and optical properties of indium tin oxide (ITO) thin films with different compositions prepared by electron beam evaporation / Senthilkumar V.[et al.] // Vacuum. 2010. T. 84. № 6. C. 864-869.

111. Pulsed laser deposition of ITO: From films to nanostructures / Yap S.S.[et al.] // Applications of Laser Ablation-Thin Film Deposition, Nanomaterial Synthesis and Surface Modification. 2016.

112. Reactive magnetron sputtering deposited ITO thin films: influence of O2 admixture on microstructure and optical properties / Secouard C.[et al.] // In 4M 2006-Second International Conference on Multi-Material Micro Manufacture. 2006. C. 149-151.

113. Nanostructure and physical properties control of indium tin oxide films prepared at room temperature through ion beam sputtering deposition at oblique angles / Lacroix B.[et al.] // The Journal of Physical Chemistry C. 2019. T. 123. № 22. C. 14036-14046..

114. High-temperature optical properties of indium tin oxide thin-films / Kim J.[et al.] // Scientific Reports. 2020. T. 10. C. 12486.

115. ITO Thin Films for Low-Resistance Gas Sensors / Almaev A.V.[et al.] // Materials. 2023. Т. 16. С. 342.

116. Barsan N., Weimar U. Conduction model of metal oxide gas sensors // Journal of electroceramics. 2001. Т. 7. С. 143-167.

117. Mizuhashi M. Present Understanding and Problems of ITO Thin Films. 1996.

118. Highly Sensitive InOx Ozone Sensing Films on Flexible Substrates / Kiriakidis G.[et al.] // Journal of Sensors. 2009. Т. 2009. № 1. С. 727893.

119. Annealing effect in DC and RF sputtered ITO thin films / Kerkache L.[et al.] // The European Physical Journal-Applied Physics. 2007. Т. 39. № 1. С. 1-5.

120. Indium tin oxide thin films prepared by ion beam assisted deposition technique at different ion beam currents / Meng L.[et al.] // physica status solidi (a). 2008. Т. 205. № 8. С. 1961-1966.

121. Indium oxide thin-film transistor by reactive ion beam assisted deposition / Vygranenko Y.[et al.] // physica status solidi (a). 2008. Т. 205. № 8. С. 1925-1928.

122. Defect-induced tunable permittivity of epsilon-near-zero in indium tin oxide thin films / Lian J.[et al.] // Nanomaterials. 2018. Т. 8. № 11. С. 922.

123. High temperature conductive stability of indium tin oxide films / Li H.[et al.] // Frontiers in Materials. 2020. Т. 7. С.113.

124. Optical and electrical properties of ultra-thin indium tin oxide nanofilms on silicon for infrared photonics / Cleary J. W.[et al.] // Optical Materials Express. 2018. Т. 8. № 5. С. 1231-1245.

125. Depth dependent properties of ITO thin films grown by pulsed DC sputtering / Sytchkova A.[et al.] // Materials Science and Engineering: B. 2013. Т. 178. С. 586592. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2012.11.010 (дата обращения: 05.01.2024).

126. Enhancement of the optical and electrical properties of ITO thin films deposited by electron beam evaporation technique / Ali H. M.[et al.] // The European Physical Journal Applied Physics. 2005. Т. 31. С. 87-93. https://doi.org/10.1051/epjap:2005044 (дата обращения: 05.01.2024).

127. Investigation of diffusion and crystallization processes in thin ITO films by temperature and time resolved grazing incidence X-ray diffractometry / Quaas M.

[et al.] // Surface science. 2003. Т. 540. С. 337-342. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(03)00850-1 (дата обращения: 05.01.2024).

128. Quantum Engineering of Atomically Smooth Single-Crystalline Silver Films / Rodionov I.A.[et al.] // Scientific Reports. 2019. Т. 9. С. 12232. https://doi.org/10.1038/s41598-019-48508-3 (дата обращения: 05.01.2024).

129. Structural, electrical and optical properties of indium tin oxide films prepared by low-energy oxygen-ion-beam assisted deposition / Liu C.[et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2003. Т. 206. С. 348-352. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00760-2 (дата обращения: 05.01.2024).

130. Effect of oxygen stoichiometry on the structure, optical and epsilon-near-zero properties of indium tin oxide films / Xian S.[et al.] // Optics express. 2019. Т. 27. С. 28618-28628. https://doi.org/10.1364/OE.27.028618 (дата обращения: 05.01.2024).

131. Deep vs shallow nature of oxygen vacancies and consequent n-type carrier concentrations in transparent conducting oxides / Buckeridge J.[et al.] // Physical Review Materials. 2018. Т. 2. С. 054604. https://doi.org/10.1103/ PhysRevMaterials.2.054604 (дата обращения: 05.01.2024).

132. Electro-optical modulation of a silicon waveguide with an "epsilon-near-zero" material / Vasudev A. P.[et al.] // Optics express. 2013. Т. 21. С. 26387-26397. https://doi.org/10.1364/OE.21.026387 (дата обращения: 05.01.2024).

133. Comparison of vapor phase and liquid phase epitaxy for deposition of crystalline Si on glass / Kuhnle J.[et al.] // MRS Online Proceedings Library (OPL). 1996. Т. 426. https://doi.org/10.1557/PROC-426-111 (дата обращения: 05.01.2024).

134. Meng L.J., Teixeira V., Dos Santos M.P. Effect of the deposition rate on ITO thin film properties prepared by ion beam assisted deposition (IBAD) technique // physica status solidi (a). 2010. Т. 207. С. 1538-1542. https://doi.org/10.1002/pssa.200983704

135. ITO film stack engineering for low-loss silicon optical modulators / E.S. Lotkov[et al.] // Scientific Reports. 2022. Т. 12. С. 6321.

136. Silicon on-chip Electro-optic Modulation With Ito Film Stacks / E.S. Lotkov[et al.] // 2021. (Препринт - Research Square. 19 с.)

137. Properties of al2o3 thin films grown by pe-ald at low temperature using h2o and o2 plasma oxidants / Castillo-Saenz J.[et al.] // Coatings. 2021. Т. 11. С. 1266. https://doi.org/10.3390/coatings11101266 (дата обращения: 05.01.2024).

138. Influence of growth temperature on dielectric strength of Al2O3 thin films prepared via atomic layer deposition at low temperature / Kim S.[et al.] // Scientific Reports. 2022. Т. 12. С. 5124. https://doi.org/10.1038/s41598-022-09054-7 (дата обращения: 05.01.2024).

139. Structure and properties of Al2O3 thin films deposited by ALD process / Borylo P.[et al.] // Vacuum. 2016. Т. 131. С. 319-326 (дата обращения: 05.01.2024).

140. Fabrication of microstructures by wet etching of anodic aluminum oxide substrates / Jee S.E.[et al.] // Chemistry of materials. 2005. Т. 17. С. 4049-4052.

141. Etch behavior of ALD Al2O3 on HfSiO and HfSiON stacks in acidic and basic etchants / Oh J.[et al.] // Journal of The Electrochemical Society. 2011. Т. 158. С. D217.

142. Temperature dependence on dry etching of Al2O3 thin films in BCl3/Cl2/Ar plasma / Yang Xue[et al.] // Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 2009. Т. 27. С. 821-825. https://doi.org/10.1116/1.3086642 (дата обращения: 05.01.2024).

143. Dekker James, Kolari Kai, Puurunen Riikka. Inductively coupled plasma etching of amorphous Al2O3 and TiO2 mask layers grown by atomic layer deposition // Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 2006. Т. 24. С. 2350-2355. https://doi.org/10.1116/L2353844 (дата обращения: 05.01.2024).

144. Inductively coupled plasma nanoetching of atomic layer deposition alumina / Han Anpan[et al.] // Microelectronic Engineering. 2018. Т. 193. https://doi.org/10.1016/j.mee.2018.02.023 (дата обращения: 05.01.2024).

145. Comparison of cut-back method and optical backscatter reflectometry for wafer level waveguide characterization / Peczek A.[et al.] // In 2020 IEEE 33rd International Conference on Microelectronic Test Structures (ICMTS). 2020. С. 1-3.

146. Optical Modulation via Coupling of Distributed Semiconductor Heterojunctions in a Si-ITO-Based Subwavelength Grating / Rajput S.[et al.] // Phys. Rev. Applied. 2021. Т. 15. С. 054029. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.054029 (дата обращения: 05.01.2024).

147. A lateral MOS-capacitor-enabled ITO Mach-Zehnder modulator for beam steering / Amin R.[et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2020. Т. 38. С. 282-290. https://doi.org/10.1109/JLT.2019.2956719 (дата обращения: 05.01.2024).