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La tecnologia elettro-ottica migliora la posizione globale dell'UE

Il germanio è un materiale semiconduttore con proprietà elettriche e ottiche in qualche modo vantaggioso rispetto al silicio (Si) convenzionale. Gli scienziati hanno sfruttato leghe di silicio-germanio (SiGe) per produrre nuovi fotorivelatori e altri dispositivi elettro-ottici.
La tecnologia elettro-ottica migliora la posizione globale dell'UE
Le leghe SiGe cristalline (epitassiali) formano l'oggetto di intense attività di ricerca e sviluppo in Asia e negli Stati Uniti. Stanno aprendo la strada alla nuova fotonica ed elettronica, inclusi transistor ad alta velocità e rilevatori a infrarossi (IR). Per far sì che l'UE rimanga competitiva in questo campo in espansione, gli scienziati hanno avviato il progetto PIOS ("Photonic integration on silicon germanium"), finanziato dall'UE.

I ricercatori si sono concentrati su una tecnica relativamente nuova, l'appaiamento multiplo dell'idrogeno per eteroepitassia (MHAH, Multiple Hydrogen Annealing for Heteroepitaxy), che consente la produzione di strati di Ge di altissima qualità integrati in una piattaforma metallo-ossido semiconduttore complementare (CMOS, Complementary Metal-Oxide Semiconductor) basata sul silicio (Si). La tecnica è stata utilizzata per crescere strutture a buche quantiche multiple (MQW, Multi-Quantum Well) in SiGe. Letteralmente, piccole strutture a buca prodotte da strati di materiali, le "buche" confinano il movimento del portatore di carica (ad esempio l'elettrone o il buco) in una direzione perpendicolare agli strati. Le buche quantiche consentono il controllo della conversione di energia in luce a lunghezze d'onda desiderate. Quando il controllo o la modulazione avviene tramite un campo elettrico esterno (tramite l'effetto Stark o quantum-confined Stark effect, QCSE), viene creato un modulatore a elettro-assorbimento.

Il progetto PIOS ha sfruttato le strutture MQW SiGe cresciute secondo la tecnica MHAH e l'effetto QCSE per produrre fotorivelatori altamente sensibili e modulatori a elettro-assorbimento a elevate prestazioni. Inoltre, la procedura della crescita epitassiale selettiva (SEG, Selective Area Epitaxial Growth) ha consentito la crescita di strati di SiGe compatibili con processi CMOS Si convenzionali.

Gli scienziati hanno inoltre utilizzato la tecnica epitassiale per crescere nanocristalli semiconduttori Ge in una matrice Si conduttrice, un vantaggio importante rispetto alla produzione in un isolatore, come è generalmente avvenuto in altri studi. Inoltre, il team ha prodotto nanocristalli in Si impiegando l'ablazione laser ad alta produttività, a basso costo, che potrebbe fornire materiali per vari dispositivi opto-elettronici e li ha implementati in un nuovo concetto di fotorivelatore.

Ci si aspetta che le tecniche e i dispositivi utilizzati nell'ambito del progetto PIOS producano un impatto importante sul settore optoelettronico e la relativa posizione competitiva in un mercato globale in crescita. Inoltre, nuovi dispositivi come le telecomunicazioni a basso costo e ad alta velocità, sistemi di diagnostica spettroscopica point-of-care e visione artificiale per l'industria automobilistica che sfruttano i risultati del progetto garantiranno la condivisione della ricchezza da parte dei cittadini UE.

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