Silicio

Jun 05, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 12311 (2023) Citar este artículo

246 Accesos

Detalles de métricas

La detección en el rango espectral del infrarrojo medio es muy deseable para la detección y seguimiento de diferentes gases. Por la presente proponemos un sensor basado en silicio compatible con CMOS que funciona a (3,5–10 μm) dentro del rango de infrarrojo medio. El material de silicio está dopado hasta un nivel que desplaza su resonancia plasmónica a una longitud de onda de 3 μm. El dispositivo sensor comprende una microcavidad rectangular en línea y un resonador de microcavidad corta. Se estudiaron las frecuencias/longitudes de onda de resonancia de los dos resonadores con diferentes dimensiones de diseño. Cuando los dos resonadores se diseñan para resonar en frecuencias cercanas, la interesante resonancia de Fano con su forma de línea distinta y nítida se excita debido a la interferencia entre los dos perfiles de resonancia. La resonancia de Fano es útil para mediciones altamente sensibles debido a su perfil de cambio abrupto de intensidad. El sensor se estudia y analiza utilizando métodos de elementos de diferencias finitas y dominio de tiempo de diferencias finitas 2D. El rendimiento del sensor se caracteriza por su alta sensibilidad de 6000 nm/RIU, FOM de 353 y pérdida de inserción limitada de 0,45 dB alrededor de una longitud de onda de funcionamiento de 6,5 μm. Además, desarrollamos el sensor para detectar simultáneamente gases de formaldehído CH2O y óxido nitroso N2O a partir de sus fuertes bandas de absorción en longitudes de onda de 3,6 μm y 4,46 μm, respectivamente.

La detección del infrarrojo medio es de especial importancia debido a sus aplicaciones en diferentes ámbitos, como las telecomunicaciones, la defensa y la monitorización ambiental e industrial, ya que muchos gases tienen sus huellas dactilares de absorción en el rango del infrarrojo medio1,2. Los sensores ópticos se están desarrollando basándose en dos plataformas principales: las plataformas fotónica y plasmónica de silicio Si convencional3. Si bien las estructuras de Si tienen las ventajas de ser compatibles con CMOS y tener bajas pérdidas en la guía de ondas, las estructuras plasmónicas pueden tener dimensiones mucho más pequeñas. Además, las estructuras plasmónicas poseen las interesantes propiedades de mejorar y confinar los campos electromagnéticos en regiones pequeñas4,5, como en guías de ondas de metal-aislador-metal, ranuras y cavidades plasmónicas. El problema con los metales nobles Au y Ag comúnmente utilizados es que tienen una densidad fija de electrones libres que resulta en una frecuencia de resonancia plasmónica fija, además de ser incompatibles con CMOS. Por el contrario, los semiconductores dopados6,7 tienen las ventajas de la compatibilidad con CMOS y la capacidad de sintonización de la frecuencia de resonancia plasmónica con la concentración de dopaje8.

Los principios de funcionamiento de los sensores se basan en fuertes efectos de interferencia y resonancia óptica que se logran en diferentes configuraciones, como resonadores de pista de carreras9 e interferómetros Mach Zender10. También se investigaron otras tecnologías como el toroidal11, la resonancia de red superficial12 y el estado ligado en los sensores continuos13. Sin embargo, nos gustaría estudiar el efecto de los resonadores acoplados en la detección del infrarrojo medio, lo que potencialmente puede mejorar el rendimiento de los sensores. El acoplamiento de dos o más resonadores puede dar lugar a propiedades peculiares y formas de líneas espectrales con perfiles especiales, como la resonancia de Fano14,15,16, la transparencia inducida electromagnéticamente y el efecto Borrmann17.

En general, la resonancia de Fano es un fenómeno que ocurre en la fotónica integrada donde las ondas de luz interactúan con la materia de una manera que produce picos o caídas bruscas en el espectro de transmisión. La resonancia de Fano fue descrita por primera vez por el físico italiano Ugo Fano en 196115 y desde entonces se ha observado en varios sistemas, incluidos puntos cuánticos, nanopartículas plasmónicas y cristales fotónicos.

La resonancia de Fano surge de la interferencia entre dos vías ópticas. Una vía implica una transmisión directa de luz a través del material, mientras que la otra implica la dispersión de la luz por una estructura resonante discreta dentro del material. La interferencia entre estas dos vías puede producir un efecto de interferencia constructivo o destructivo, provocando un pico agudo o una caída en el espectro de transmisión. Este efecto es muy sensible a las propiedades de la estructura resonante y se puede utilizar para una variedad de aplicaciones de detección y procesamiento de señales.

La resonancia de Fano se ha demostrado en varias estructuras fotónicas integradas, incluidas guías de ondas, cavidades y resonadores. Estas estructuras se pueden diseñar para que tengan frecuencias de resonancia específicas y el efecto de resonancia de Fano se puede utilizar para mejorar o suprimir la transmisión de luz en estas frecuencias. Esto ha dado lugar a una amplia gama de aplicaciones potenciales, como filtros ópticos, sensores y moduladores, y es un área activa de investigación en el campo de la fotónica integrada.

La resonancia de Fano es prometedora en aplicaciones de detección, ya que posee una forma de línea claramente definida. La excitación de la resonancia de Fano se describe por la interferencia de líneas espectrales o resonancias anchas y estrechas17, lo que resulta en una redistribución de los campos electromagnéticos en las microcavidades.

Se investigaron diferentes materiales y diseños para desarrollar sensores de última generación basados ​​en resonancia Fano que operan en el rango del infrarrojo medio, incluidos conjuntos de nanoantenas de grafeno y Au18, y nanodiscos19, estructura de cristal fotónico 1D compuesta de Al, Au, Ag y Pt20. Ag nanorods21, estructura de nudo Si Lucky22 y el rendimiento de estos sensores se compara con nuestro sensor basado en resonancia Fano en la Tabla 1.

En este trabajo, presentamos un sensor de infrarrojo medio basado en resonancia de Fano que alcanza una sensibilidad de 6000 nm/RIU en una longitud de onda de 6,5 μm y una pérdida de inserción de 0,45 dB. Comenzamos nuestra investigación analizando la respuesta de un resonador de cavidad rectangular en línea23 y sus perfiles de resonancia. Luego estudiamos la respuesta espectral y los órdenes de resonancia del resonador de cavidad corta. Luego, integramos los resonadores de cavidad rectangular en línea y en el mismo dispositivo y los optimizamos para que resuenen en frecuencias cercanas y estudiamos la respuesta de estos resonadores acoplados. Finalmente, desarrollamos el sensor para la detección de dos gases en el mismo chip excitando dos resonancias de Fano que corresponden a las bandas de fuerte absorción de los gases CH2O y N2O en el infrarrojo medio a 3,6 μm y 4,46 μm24,25.

Para experimentar efectos plasmónicos en el rango del infrarrojo medio, utilizamos Si dopado con fósforo. El modelo de Si n-dopado se basa en el modelo Drude para metales, donde la permitividad compleja se evalúa a partir de:

donde ωp es la frecuencia del plasma en rad/s, \({\varepsilon }_{\infty }\) es la permitividad a frecuencias muy altas, ω es la frecuencia en rad/s y Γ es la frecuencia de colisión en rad/ s:

donde m* es la masa efectiva del electrón, µ es la movilidad del portador y q es la carga del electrón. La frecuencia plasmática viene dada por:

donde Nd es la concentración de portadores libres y ε0 es la permitividad en el espacio libre. La resonancia plasmónica del Si dopado está sintonizada en el infrarrojo medio por encima de 3 μm para una alta concentración de dopaje de 5 × 1020 cm-3, mientras que los valores de los parámetros del modelo Drude se eligieron como \({\varepsilon }_{\infty }\)=11,7, ωp = 2,47 × 1015 rad/s y Γ = 9,4 × 109 rad/s6.

Se graba una oblea de Si dopada de 220 nm de espesor sobre un sustrato de zafiro de 3 μm de espesor para formar la guía de ondas de bus de 100 nm de ancho, como se muestra en la Fig. 1. La capa de Si está dopada con fósforo con una concentración de dopaje de 5 × 1020 cm- 3 de modo que su longitud de onda resonante de plasma alcance 3 μm6, lo que permite propiedades plasmónicas en longitudes de onda en el rango espectral del infrarrojo medio. Se utilizó un simulador de guía de ondas comercial basado en el solucionador de modo propio de diferencias finitas “FDE”26 para calcular las propiedades modales de la guía de ondas del bus metal-aislante-metal. La ventana del solucionador FDE se hizo lo suficientemente grande como para permitir que la intensidad del campo eléctrico descienda a −10 en la escala logarítmica, es decir, en los límites de la ventana de simulación (\(\mathrm{log}\left({E}_{x}^ {2}+{E}_{y}^{2}+{E}_{z}^{2}\right)=-10\)), como se muestra en la Fig. 2a. Esto se logró para una longitud × ancho igual a 5 μm × 5 μm. Con una longitud de onda de excitación de 5 μm, condiciones de contorno metálicas y pasos de malla de 10 nm en ambos ejes x e y, la guía de ondas de ranura plasmónica se caracteriza por un índice efectivo complejo de 2,34 + j 3 × 10–5 y una pérdida modal de 3,34 dB/cm.

Esquema 3D del sensor basado en resonancia de Fano.

Modo efectivo de ranura plasmónica; (a) intensidad del campo eléctrico (escala logarítmica), (b) componente del campo eléctrico |Ex| (escala lineal).

El componente del campo eléctrico |Ex| del modo plasmónico excitado se muestra en la Fig. 2b, el campo eléctrico muestra un fuerte confinamiento en la ranura plasmónica con una pequeña disipación de energía hacia el sustrato de zafiro y hacia el gas hacia arriba. Además, estudiamos la dispersión y la pérdida de propagación del modo plasmónico excitado en el rango del infrarrojo medio de 4 a 10 μm, como se muestra en las figuras 3a y b, respectivamente.

Curva de dispersión en modo plasmónico excitado.

Los cálculos del FDTD se realizaron utilizando un simulador electromagnético27 para calcular la respuesta y analizar el desempeño de los diseños propuestos. Un tiempo de simulación de 20.000 fs fue suficiente para permitir que todos los campos, incluidos los campos resonantes de la cavidad, cayeran a cero al final del proceso de simulación. Se implementó un tipo de malla automática no uniforme que tiene la configuración de precisión más alta posible con un paso de malla mínimo de 0,25 nm. Para minimizar los reflejos de los campos en la región de simulación, se utilizaron 64 capas anisotrópicas uniaxiales perfectamente adaptadas para las condiciones de contorno. La respuesta del resonador de cavidad rectangular en línea tiene la forma de un filtro de paso de banda23 como se muestra en la Fig. 4, donde la banda espectral se vuelve más ancha para anchos rectangulares más pequeños debido a la mayor interacción de los campos con los límites metálicos.

Respuesta del filtro de graves de banda de cavidad rectangular en línea, li = 5 μm.

El factor de calidad definido por (Q = λ/Δλ) donde λ es la longitud de onda central y Δλ es el FWHM de la banda de resonancia, se muestra en la Fig. 5, donde el factor Q muestra una relación lineal con el ancho del resonador rectangular de línea. La longitud del resonador rectangular controla la posición central de la banda de resonancia como se muestra en la Fig. 6.

Resonador en línea (a) factor Q, (b) Q/A con ancho de cavidad en línea.

Cambio de longitud de onda de resonancia con longitud de cavidad en línea, wi = 0,7 μm.

La distribución del campo eléctrico dentro de la cavidad rectangular se estudia en dos órdenes de resonancia diferentes, como se muestra en la Fig. 7, donde se observa un fuerte confinamiento del componente del campo eléctrico Ex en la cavidad rectangular.

Campo eléctrico |Ex| distribución que muestra dos órdenes de resonancia diferentes en la cavidad resonante en línea con dimensiones wi = 0,7 μm, li = 5 μm, en (a) λ = 6 μm y (b) λ = 3,3 μm.

La cavidad rectangular del trozo también muestra distintos órdenes de resonancia, pero de líneas mucho más nítidas, como se muestra en la Fig. 8, y factores Q más altos. El factor Q de la línea de resonancia de la guía de ondas de 200 nm de ancho alcanza 350, mientras que el del resonador en línea del mismo ancho era solo 3.

Resonancias agudas de cavidad rectangular, ws=200 nm.

La Figura 9 muestra la distribución Ex del componente del campo eléctrico dentro del resonador de trozo para dos órdenes de resonancia diferentes. El resonador stub se caracteriza por sus resonancias agudas, donde sus posiciones de longitud de onda están dadas por:

donde ls es la longitud del trozo, neff es el índice efectivo del modo de ranura plasmónica y m es el orden de resonancia.

Campo eléctrico |Ex| distribución que muestra los dos primeros órdenes resonantes en la cavidad resonante del trozo con dimensiones s = 0,2 μm, ws = 0,2 μm, ls = 2,2 μm, en (a) λ = 7,1 μm y (b) λ = 3,95 μm.

La resonancia de Fano es el resultado de acoplar un estado localizado discreto a un continuo de estados, por ejemplo, cuando se acoplan dos osciladores con tasas de amortiguación muy diferentes con líneas espectrales anchas y estrechas17. Para excitar la resonancia de Fano en nuestra estructura, integramos los resonadores en línea y los resonadores cortos en la misma estructura y los optimizamos "basándonos en nuestros estudios en las secciones anteriores" para que resuenen en frecuencias cercanas, de modo que la resonancia aguda del resonador corto se acopla con la cola en decadencia de la resonancia más amplia del resonador en línea como se muestra en la Fig. 10, que muestra la excitación de la resonancia de Fano en longitudes de onda de 5,5 μm y 6,5 μm con una pérdida de inserción de 0,45 dB.

Resonancia de Fano excitada en dos posiciones espectrales diferentes en respuesta al acoplamiento del resonador en línea y el resonador de casquillo a frecuencias cercanas, wi = 0,7 μm, li = 5 μm, ws1 = ws2 = 0,2 μm y s1 = s2 = 0,2 μm.

La Figura 11 muestra la distribución del campo eléctrico en los resonadores cuando se excita la resonancia de Fano, donde se puede observar que en λ = 6 μm, en la parte superior de la línea más amplia, el campo es más fuerte y confinado en la cavidad en línea. Mientras que en la posición de resonancia de Fano λ = 6,5 μm, el campo está confinado principalmente en el resonador, mientras que la cavidad en línea posee un campo más débil que corresponde a la cola en descomposición.

Campo eléctrico |Ex| distribución dentro de los resonadores en línea y cortos en la longitud de onda de resonancia de Fano en (a) λ = 6 μm, y (b) λ = 6,5 μm.

La estructura de resonadores integrada y acoplada se puede utilizar en aplicaciones de detección utilizando la nitidez y la alta sensibilidad de la resonancia de Fano. El rendimiento y la respuesta espectral del sensor se estudian en la longitud de onda de 6,5 μm variando el índice de refracción del medio circundante como se muestra en la Fig. 12. La sensibilidad espectral "S" definida por el cambio de longitud de onda resonante "Δλ" en respuesta a cambios en la Índice de refracción del gas circundante “Δn” medido en la unidad de índice de refracción “RIU”, es decir, (S = Δλ/Δn). Además, definimos la Figura de Mérito “FOM” del sensor como la sensibilidad espectral dividida por el Ancho Completo a la Mitad del Máximo “FWHM” de la línea espectral resonante, tal que (FOM = S/FWHM). Los cálculos muestran que se puede alcanzar una sensibilidad de 6000 nm/RIU, mientras que el FOM alcanza 353, con un factor Q de 385.

Desplazamiento al rojo de la resonancia de Fano con un índice de gas circundante creciente.

En la Tabla 1 se demuestra una comparación entre nuestro sensor propuesto y los sensores Fano publicados recientemente en el rango de infrarrojo medio, que muestra que nuestro sensor posee una alta sensibilidad con un diseño bastante simple y, al mismo tiempo, es compatible con CMOS, ya que para plasmónicos se utilizó Si dopado y no metales. produce excitación.

Muchos gases tienen sus fuertes bandas de absorción "huellas dactilares" en el infrarrojo medio. Entonces, para detectar dichos gases, excitamos la resonancia de Fano altamente sensible dentro de las bandas de absorción de los gases objetivo. La detección simultánea de diferentes gases se logra desarrollando el diseño del sensor para incluir dos microcavidades además del resonador en línea. La guía de ondas y los resonadores están cubiertos por una capa de polidimetilsiloxano (PDMS) con canales de entrada y salida de gas. A la entrada del sensor; un Multiplexor (MUX) combina señales de diferentes longitudes de onda (λ1 y λ2) de dos diodos láser (LD), de manera similar, un Demultiplexor (DMUX) distribuye las señales de salida del sensor a los fotodiodos (PD) como se muestra en la Fig. 13. Como Como hemos comentado anteriormente, el resonador en línea proporciona el amplio espectro que se perturbará en dos posiciones de longitud de onda diferentes, lo que dará como resultado la resonancia de Fano. Nuestro objetivo aquí es la detección de dos gases de especial importancia. En primer lugar, el gas formaldehído CH2O, incoloro e inflamable, que se encuentra en materiales de construcción, conservantes médicos, fertilizantes y pesticidas28. Donde altos niveles de exposición al gas CH2O podrían provocar algunos tipos de cáncer29. En segundo lugar, el gas óxido nitroso N2O, inodoro e incoloro, favorece la combustión y su inhalación provoca euforia y relajación corporal30. Por ello, el seguimiento y detección de estos dos gases en los entornos donde se producen es de gran importancia. CH2O y N2O se detectan a través de sus bandas de absorción a 3,6 μm y 4,46 μm, respectivamente24,25 como se muestra en la Fig. 14. El espectro de transmisión del sensor multigas se muestra en la Fig. 15, con dimensiones optimizadas de la nueva estructura como ws1 = 0,2 µm, ls1 = 0,85 µm, ws2 = 0,2 µm, ls2 = 1,3 µm y wi = 0,4 µm, li = 2,9 µm. La sensibilidad y la FOM se calcularon en ambas longitudes de onda de 3,6 μm y 4,46 μm. Con una longitud de onda de resonancia de 3,6 μm, se logró una sensibilidad de 2300 nm/RIU y una FOM de 60. Mientras que a la longitud de onda de resonancia de 4,46 μm, la sensibilidad alcanzó los 3860 nm/RIU con una FOM calculada de 145.

Esquema 3D del sensor Fano basado en resonancia con dos cavidades para la detección simultánea de CH2O y N2O.

Espectros de absorción infrarroja de (a) gas CH2O y gas N2O. Adaptado de 24,25.

Detección de CH2O y N2O a longitudes de onda de 3,6 μm y 4,46 μm, respectivamente.

Normalmente se utilizan diferentes métodos de grabado para grabar obleas de Si después de la fotolitografía o la litografía por haz de electrones31, como el grabado con iones reactivos32,33 y el grabado en seco con plasma acoplado inductivamente34. Por la presente, debido a su alta resolución, recomendamos utilizar la litografía de haz de electrones para definir la guía de ondas de metal-aislante-metal, el resonador rectangular y el resonador de trozo. La microcavidad corta es obviamente menos tolerante a la fabricación que la cavidad rectangular más grande, por lo que estudiamos la tolerancia de fabricación de la microcavidad corta de dimensiones s = 0,2 μm, ws = 0,2 μm y li = 0,8 μm en la Fig. 16, donde sus dimensiones eran cambiado en ± 10 nm hasta alcanzar una tolerancia de fabricación de 50 nm. Al estudiar la respuesta de los resonadores con los cambios en el ancho del trozo, se notó que la resonancia de Fano ya no es reconocible para anchos mayores debido al dominio de la línea de resonancia ancha de la cavidad rectangular, por lo que limitamos la Fig. 16b a anchos con Errores de fabricación de −50 nm. Dado que la resonancia de Fano resulta del acoplamiento de la resonancia del trozo agudo con la cola de la resonancia más amplia del resonador en línea, podemos definir la región de tolerancia de fabricación aceptable del resonador del trozo como el rango de longitud de onda de la cola de resonancia más amplia que todavía resulta en una resonancia Fano como resultado del acoplamiento con la resonancia stub más aguda. Cualitativamente, esto se puede definir a partir del ancho total en una fracción dada del máximo (FWGF). En nuestro caso, elegimos que el rango de tolerancia de fabricación esté entre FWGF5% y FWGF30%, es decir, ancho total al 5% y 30% del máximo, respectivamente. Esto corresponde a un rango de tolerancia de fabricación aceptable de 220 nm para el lado de longitud de onda corta del espectro y 720 nm para el lado de longitud de onda larga del espectro, como se muestra en la Fig. 17.

Tolerancia de fabricación representada por mediciones de pérdida de inserción con los errores de fabricación en longitud (a) y ancho (b) de la microcavidad del trozo s = 0,2 μm, ws = 0,2 μm, li = 0,8 μm.

Rango de tolerancia de fabricación definido entre FWGF5% y FWGF30% tanto para el lado de longitud de onda corta del espectro (en verde) como para el lado de longitud de onda larga del espectro (en azul), ws1 = 0,2 μm, ls1 = 0,85 μm, ws2 = 0,2 μm, ls2 = 1,3 µm, y wi = 0,4 µm, li = 2,9 µm.

Se demostró y estudió un sensor de gas de infrarrojo medio. El sensor está compuesto por una capa de Si dopada que se grabó para formar una guía de ondas de ranura plasmónica, resonadores en línea y de cavidad corta. El nivel de dopaje utilizado empuja la resonancia plasmónica del Si a 3 μm, lo que da como resultado propiedades plasmónicas en el rango del infrarrojo medio. El rendimiento de cada tipo de resonador se investigó individualmente y luego se integraron ambos. Cuando se acopló a frecuencias cercanas, la resonancia de Fano se excitó debido a la interferencia entre la amplia respuesta de la microcavidad en línea y la resonancia más aguda del resonador. Se midieron parámetros de rendimiento como la sensibilidad, FOM y pérdida de inserción del dispositivo.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

Tittel, FK, Richter, D. y Fried, A. Aplicaciones del láser de infrarrojo medio en espectroscopia en fuentes de láser de infrarrojo medio de estado sólido (eds. Sorokina, IT, Vodopyanov, KL) Temas de física aplicada, 89, 458– 529 (Springer, 2003).

Law, S., Yu, L., Rosenberg, A. y Wasserman, D. Nanoantenas plasmónicas totalmente semiconductoras para detección infrarroja. Nano let. 13(9), 4569–4574 (2013).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Ahmadivand, A. y Gerislioglu, B. Metasensores fotónicos y plasmónicos. Fotónica láser Rev. 16 (2), 2100328 (2022).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Maier, SA & Atwater, HA Plasmonics: Localización y guiado de energía electromagnética en estructuras metálicas/dieléctricas. J. Aplica. Física. 98(1), 011101 (2005).

ADS del artículo Google Scholar

Gramotnev, DK & Bozhevolnyi, SI Plasmonics más allá del límite de difracción. Nat. Fotón. 4(2), 83–91 (2010).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Sherif, SM & Swillam, MA Sensor de gas de infrarrojo medio plasmónico de silicio sin metal. J. Nanofotónica 10 (2), 026025 (2016).

ADS del artículo Google Scholar

Gamal, R., Ismail, Y. y Swillam, MA Guías de ondas de silicio en el infrarrojo medio. J. Luz. Tecnología. 33(15), 3207–3214 (2015).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Soref, R., Peale, RE y Buchwald, W. Plasmónicos de onda larga sobre silicio dopado y siliciuros. Optar. Expreso 16(9), 6507–6514 (2008).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Sherif, SM, Elsayed, MY, Shahada, LA y Swillam, MA Sensor óptico de resonador de pista de carreras basado en nanocables de silicio vertical. Aplica. Física. A 125(11), 1–6 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

El Shamy, RS, Khalil, D. & Swillam, MA Sensor de gas óptico de infrarrojo medio que utiliza interferómetro plasmónico Mach-Zehnder. Ciencia. Rep. 10(1), 1293 (2020).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ahmadivand, A., Gerislioglu, B., Ahuja, R. y Mishra, YK Plasmónicos de terahercios: el ascenso de los metadispositivos toroidales hacia los inmunobiosensores. Madre. Hoy 32, 108–130 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Kravets, VG, Kabashin, AV, Barnes, WL y Grigorenko, AN Resonancias de red superficial plasmónica: una revisión de propiedades y aplicaciones. Química. Rev. 118 (12), 5912–5951 (2018).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Tan, TC y cols. Control activo de THz Quasi-BIC inducido nanodieléctrico en metasuperficies flexibles: una plataforma para modulación y detección. Adv. Madre. 33(27), 2100836 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Rahmani, M., Luk'yanchuk, B. & Hong, M. Resonancia de Fano en nuevas nanoestructuras plasmónicas. Fotónica láser Rev. 7 (3), 329–349 (2013).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Miroshnichenko, AE, Flach, S. & Kivshar, YS Resonancias de Fano en estructuras a nanoescala. Mod. Rev. Física. 82(3), 2257 (2010).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Sherif, SM, Zografopoulos, DC, Shahada, LA, Beccherelli, R. & Swillam, M. Sensor refractométrico plasmónico integrado que utiliza resonancia de Fano. J. Física. D Aplic. Física. 50(5), 055104 (2017).

ADS del artículo Google Scholar

Limonov, MF, Rybin, MV, Poddubny, AN y Kivshar, YS Resonancias de Fano en fotónica. Nat. Fotón. 11(9), 543–554 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Hong, Q. y col. Sensor plasmónico híbrido de metal y grafeno para detección multiespectral en rangos de infrarrojo cercano y medio. Optar. Expreso 27(24), 35914–35924 (2019).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhang, J. y col. Fano-resonancia en metamaterial híbrido metal-grafeno y su aplicación como sensor plasmónico en el infrarrojo medio. Micromáquinas 11(3), 268 (2020).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Ahmed, AM y Mehaney, A. Sensor de cristal fotónico de silicio poroso 1D de sensibilidad ultraalta basado en el acoplamiento de resonancias Tamm/Fano en la región del infrarrojo medio. Ciencia. Rep. 9(1), 1–9 (2019).

Artículo de Google Scholar

Chau, YFC Propiedades de detección del infrarrojo medio de una guía de ondas de metal-aislante-metal plasmónico con un solo trozo que incluye defectos. J. Física. D Aplic. Física. 53(11), 115401 (2020).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Zhang, Y. et al. Sensor de índice de refracción totalmente dieléctrico basado en resonancia de Fano con alta sensibilidad en la región del infrarrojo medio. Resultados Fís. 24, 104129 (2021).

Artículo de Google Scholar

Kotb, R., Ismail, Y. & Swillam, MA Nanoresonador plasmónico metálico-aislante-metal integrado: un enfoque analítico. Prog. Electromagn. Res. Letón. 43, 83–94 (2013).

Artículo de Google Scholar

Sitio web del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, Espectro de absorción de gas de formaldehído, https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C50000&Type=IR-SPEC

Sitio web del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, Espectro de absorción de gas nitroso, https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C10024972&Type=IR-SPEC

Lumerical Inc. https://www.lumerical.com/products/mode/

Lumerical Inc. https://www.lumerical.com/products/FDTD/

https://www.epa.gov/formaldehyde/facts-about-formaldehyde#whatare

https://www.cancer.gov/about-cancer/causes-prevention/risk/substances/formaldehyde

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK532922/

Kato, K., Liu, Y., Murakami, S., Morita, Y. & Mori, T. Litografía por haz de electrones con resistencia de tono negativo para bits cuánticos de silicio altamente integrados. Nanotecnología 32(48), 485301 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Muñeca, PW y col. Fabricación de matrices de nanopilares de silicio mediante litografía por haz de electrones y grabado con iones reactivos para estudios avanzados de adhesión bacteriana. Madre. Res. Expresar. 6(6), 065402 (2019).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Huff, M. Avances recientes en el grabado de iones reactivos y aplicaciones de microfabricación de alta relación de aspecto. Micromáquinas 12(8), 991 (2021).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Goodyear, AL, Mackenzie, S., Olynick, DL y Anderson, EH Grabado con plasma acoplado inductivamente de alta resolución de líneas y espacios de 30 nm en tungsteno y silicio. J.vac. Ciencia. Tecnología. B Microelectrón. Nanómetro. Estructura. Proceso. Medidas. Fenómeno. 18(6), 3471–3475 (2000).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Descargar referencias

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB).

Departamento de Física, Facultad de Ciencias e Ingeniería, Universidad Americana de El Cairo, El Cairo, 11835, Egipto

Sherif M. Sherif y Mohamed A. Swillam

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

SM Sherif propuso la idea y el diseño, y MA Swillam desarrolló el concepto y definió la funcionalidad y las aplicaciones. SM Sherif realizó las simulaciones numéricas y escribió el borrador del artículo. MA Swillam revisó y modificó el manuscrito. Todos los autores discutieron, revisaron, editaron y aprobaron el manuscrito.

Correspondencia a Mohamed A. Swillam.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Sherif, SM, Swillam, MA Sensor de gas en chip de infrarrojo medio basado en silicio que utiliza resonancia de Fano de microcavidades plasmónicas acopladas. Informe científico 13, 12311 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-38926-9

Descargar cita

Recibido: 09 de septiembre de 2022

Aceptado: 17 de julio de 2023

Publicado: 29 de julio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-38926-9

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.