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46 - ELETTRONICA OGGI 475 - GENNAIO/FEBBRAIO 2019 Q uando si pensa ai semiconduttori ottici, il silicio quasi certamente non è il primo materiale che viene in mente. Il silicio è un semiconduttore a banda proibita (band gap) indiretta, perciò non risulta particolarmente utile per l’utilizzo in applicazioni quali i LED (Light Emitting Diode). Questo materiale, in ogni caso, può vantare un certo numero di proprietà utili che, abbinate a opportune tecniche di microlavorazio- ne, ne fanno un mezzo adatto per dirigere e gestire la luce. Mentre molte tecnologie MEMS (micro-elettro- meccaniche) sono focalizzate sulle operazioni di rile- vamento, il silicio utilizzato per le applicazioni ottiche è anche in grado di supportare attività di azionamento. Silicio per gestire la luce Una caratteristica che l’industria delle telecomunica- zioni è stata in grado di sfruttare in maniera efficace per quasi due decenni è stata la possibilità di instra- dare, elaborare e controllare la luce attraverso il sili- cio. La crescente diffusione di sistemi di comu- nicazione che utilizzano fibre ottiche a basso costo all’interno dei data center ha stimolato i produttori di dispositivi a utilizzare l’integrazione tra le tecnologie CMOS e MEMS per realizzare dispositivi di controllo e commutazione molto sofisticati. Una delle prime tecnologie che è stata adottata in ambito telecom ri- guardava l’allineamento di precisione delle fibre per i connettori ottici, ottenuto mediante ghiere o scanala- tura a V incise nella superficie del substrato di silicio. L’incisione di precisione (precision etching) permette anche l’uso di interferenze selettive per filtrare e se- parare i canali nei sistemi WDM (Wavelength Division Multiplexing). Questi componenti si basano sull’utilizzo di reticoli spaziati in modo molto fine incisi sul silicio. Questi filtri non devono essere regolati in frequenza. Le proprietà elettro-meccaniche delle strutture di si- licio sono state sfruttate dagli sviluppatori di sistemi MOEMS (Micro-Opto Electro-Mechanical System) per realizzare filtri dicroici sintonizzabili. Uno spostamen- to dell’ordine delle decine di nanometri è sufficiente per sintonizzare il filtro sulle lunghezze d’onda neces- sarie per le comunicazioni in fibra ottica. Solitamente il reticolo del filtro è suddiviso in una parte fissa e in una mobile. Quest’ultima è realizzata mediante una sorta di microstruttura sospesa (canti- lever) che può essere spostata per via elettrostatica in quanto la carica è accumulata e rimossa dal circui- to sottostante. Cantilever di maggiori dimensioni sono stati utilizzati per realizzare commutatori ottici in cui gli specchi sono pilotati in modo tale da riflettere la luce da un canale sorgente in canali di ricezione differenti. Il silicio puro ha il van- taggio di essere tra- sparente ai fotoni in un’ampia gamma di lunghezze d’onda anche se l’adozione di tecniche come la elettro-rifra- zione permette di modulare il flusso di fotoni attraverso il substrato. Ciò provoca una va- riazione dell’indice di rifrazione effettivo (ERI - Effec- tive Refractive Index) del substrato in base al campo elettrico applicato. Sfortunatamente, per le forme d’on- da solitamente impiegate nelle applicazioni telecom, l’elettro-rifrazione non rappresenta la soluzione ideale. Per questo motivo i dispositivi adottano un altro tipo di effetto, ovvero la dispersione del plasma. Questa tecnica prevede l’iniezione di cariche nel canale utiliz- zato per convogliare i fotoni da un punto all’altro. L’in- Grazie alla microlavorazione la luce entra in nuovi mercati Mark Patrick, Mouser Sebbene i dispositivi MOEMS non siano diffusi come i sensori MEMS, la capacità di dirigere e modulare la luce in modo molto preciso e a costi contenuti rappresenta sicuramente un vantaggio in una pluralità di applicazioni COMPONENTS MEMS/MOEMS