Grafenbaseret optoelektronik

Som et vigtigt skridt mod grafenintegration i siliciumfotonik, forskere fra Graphene Flagship har udgivet et papir, der viser, hvordan grafen kan give en simpel løsning til siliciumfotodetektion i telekommunikationsbølgelængderne. Udgivet i Nano bogstaver , denne spændende forskning er et samarbejde mellem University of Cambridge (UK), The Hebrew University (Israel) og John Hopkins University (USA).

Grafen-flagskibets mission er at oversætte grafen fra det akademiske laboratorium, gennem industrien og ind i samfundet. Dette brede og ambitiøse mål har været i spidsen for de valg, der er truffet for at lede flagskibet; det fokuserer på reelle problemområder, hvor det kan gøre en reel forskel, såsom i optisk kommunikation.

Optisk kommunikation bliver stadig vigtigere, fordi de har potentialet til at løse et af de største problemer i vores informationstid:energiforbrug. Næsten alt, hvad vi gør i hverdagen, forbruger information, og al denne information er drevet af energi. Hvis vi ønsker mere og mere information, vi har brug for mere og mere energi. I den nærmeste fremtid, de største forbrugere af datatrafik vil være maskine-til-maskine kommunikation og Internet of Things (IoT).

For at aktivere IoT og det informationsniveau, det kræver, den nuværende siliciumfotonik har et problem:den har brug for ti gange mere energi, end vi kan levere. Så, hvis vi vil have dette nye, forbedret internetalder, ny teknologi, strømeffektive løsninger skal findes. Derfor er drivkraften til grafenbaseret optisk kommunikation så vigtig.

I løbet af de sidste par år, optisk kommunikation har øget deres levedygtighed i forhold til standard metalbaserede elektroniske forbindelser. Den nuværende siliciumbaserede fotodetektor, der bruges i optisk kommunikation, har et stort problem, når det kommer til at detektere data i det nære infrarøde område, som er den rækkevidde, der bruges til telekommunikation. Telekommunikationsindustrien har overvundet dette problem ved at integrere germaniumabsorbere med standard siliciumfotoniske enheder. De har været i stand til at lave fuldt fungerende enheder på chips ved hjælp af denne proces. Imidlertid, denne proces er kompleks.

I det nye blad, grafen er forbundet med silicium på chip for at lave Schottky barriere fotodetektorer med høj responsivitet. Disse grafen-baserede fotodetektorer opnår 0,37A/W responsivitet ved 1,55μm ved hjælp af lavinemultiplikation. Denne høje reaktionsevne er sammenlignelig med den for de siliciumgermanium-detektorer, der i øjeblikket bruges i siliciumfotonik.

Prof. Andrea Ferrari fra Cambridge Graphene Centre, som også er videnskabs- og teknologiofficer og formand for ledelsespanelet for flagskibet grafen, udtalte; "Dette er et væsentligt resultat, som beviser, at grafen kan konkurrere med den nuværende state of the art ved at producere enheder, der kan laves mere enkelt, billigt og arbejde ved forskellige bølgelængder. Dermed baner vejen for grafen integreret siliciumfotonik."

Dr. Ilya Goykhman, fra University of Cambridge, og avisens hovedforfatter, sagde; "Visionen her er, at grafen skal spille en vigtig rolle i at muliggøre optiske kommunikationsteknologier. Dette er et første skridt hen imod dette, og, i løbet af de næste to år er målet med flagskibets wafer-skala integration og optoelektronik arbejdspakker at virkelig få dette til at ske".

Taler yderligere om grafen-flagskibet og dets samarbejdstilgang til forskning, Prof Ferrari kommenterede "Graphene kan slå den nuværende siliciumfotoniske teknologi med hensyn til energiforbrug. Grafen-flagskibet investerer mange ressourcer i integration i wafer-skala med skabelsen af ​​en ny arbejdspakke. Vi har identificeret en vision, hvor grafen er rygraden i datakommunikation, og vi planlægger at have en telekommunikationsbank, der er i stand til at overføre 4x28 GB/s inden 2018. Forskningen i denne Nano bogstaver papir er det første skridt mod at nå denne vision, hvis vigtighed er klart anerkendt af virksomheder som Ericsson og Alcatel-Lucent, der har tilsluttet sig flagskibet for at hjælpe med at udvikle det."

"Vi har vist potentialet for detektoren, men vi er også nødt til at producere en grafen-baseret modulator for at have en fuld, lavenergi optisk telekommunikationssystem, og flagskibet arbejder hårdt på dette problem. Flagskibet har samlet de rigtige mennesker på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt for at arbejde sammen mod dette mål. Europa vil være på forkant med denne teknologi. Det er en stor udfordring, og en stor mulighed for Europa, da der er en så høj merværdi til enhederne, vil det være omkostningseffektivt at fremstille enheden i Europa - ved at holde værdien af ​​teknologien inden for det europæiske samfund, " sagde prof. Ferrari.