Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Israel desenvolveu um novo capacitor com uma estrutura de diodo de metal-isolador-semicondutor (MIS) que é ajustável por iluminação. O capacitor, que apresenta nanopartículas de metal incorporadas, é semelhante a um diodo de metal isolante (MIM), exceto que a capacitância do novo dispositivo depende da iluminação e exibe uma forte dispersão de frequência, permitindo um alto grau de sintonia.

Este novo capacitor tem o potencial de aprimorar a capacidade sem fio para processamento de informações, sensoriamento e telecomunicações. Os pesquisadores relatam suas descobertas esta semana no Journal of Applied Physics .

“Desenvolvemos um capacitor com a capacidade única de sintonizar a capacitância em grandes quantidades usando a luz. Essas mudanças não são possíveis em nenhum outro dispositivo, "disse Gadi Eisenstein, professor e diretor do Russell Berrie Nanotechnology Institute no Technion Israel Institute of Technology em Haifa e um co-autor do artigo. "A fotossensibilidade observada desta estrutura de diodo MIS expande seu potencial em circuitos optoeletrônicos que podem ser usados ​​como um capacitor variável sensível à luz em circuitos de sensoriamento remoto."

Diodos MIM são elementos comuns em dispositivos eletrônicos, especialmente aqueles que utilizam circuitos de radiofrequência. Eles compreendem eletrodos de placa de metal de película fina que são separados por um isolador. Como a estrutura MIM, o novo capacitor MIS dos pesquisadores é independente de polarização, significando que a capacitância constante é independente de sua tensão de alimentação. Capacitores independentes de polarização são importantes para alta linearidade, e, portanto, previsibilidade direta, do desempenho do circuito.

"Demonstramos que nossa estrutura MIS é superior a um diodo MIM padrão, "disse Vissarion (Beso) Mikhelashvili, pesquisador sênior do Instituto de Tecnologia de Israel e também co-autor do artigo. "Por um lado, tem todos os recursos de um dispositivo MIM, mas a capacitância independente da tensão é ajustável pela luz, o que significa que a funcionalidade de sintonia pode ser incorporada em circuitos fotônicos. "

"A iluminação causa um efeito duplo, "Eisenstein disse." Primeiro, a excitação dos estados de armadilha aumenta a polarização interna. Segundo, aumenta a densidade de portadores minoritários (devido à geração de fotos) e reduz a largura da região de depleção. Esta mudança modifica a capacitância. "

Os pesquisadores criaram três estruturas MIS, fabricado em um substrato de silício a granel, com base em uma pilha dielétrica de multicamadas, que consistia em um filme fino de dióxido de silício térmico e uma camada de óxido de háfnio. As duas camadas foram separadas por subcamadas de fluoreto de estrôncio (SrF2) em que ferrum (Fe, ferro) ou nanopartículas de cobalto (Co) foram incorporadas.

Os pesquisadores descobriram que o processo de fluoretação-oxidação dos átomos de ferro causa a formação de um gradiente no estado de valência dos íons de ferro através da camada ativa, o que resulta na geração de uma polarização eletrônica. A polarização causa uma região de depleção independente de polarização e, portanto, uma característica do tipo MIM.

Quatro estruturas adicionais foram preparadas para comparação:duas não tinham as subcamadas de SrF2 e uma delas foi preparada sem o filme de ferro. As outras duas estruturas continham SrF2:uma não tinha cobalto e a segunda incluía uma camada de Co de um nanômetro.

A comparação com outros capacitores MIS que continham as nanopartículas de metal com ou sem as subcamadas de SrF2 levou à conclusão inequívoca de que apenas os dispositivos que consistem na combinação de Fe e SrF2 transformam a estrutura MIS em uma estrutura semelhante a MIM fotossensível.