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光电器件 |欧盟在光电探测器中加入石墨烯,助力更节能高速光通信发展
上传更新:2016-07-21

2016-07-19摘自: 大国重器

     英国剑桥大学、以色列希伯来大学和美国约翰霍普金斯大学的研究人员在欧盟“石墨烯旗舰”项目的支持下,通过集成石墨烯,研究出更简单高效的硅基光电探测器件,获得硅光电器件领域突破性进展。

需求:更节能的高速光通信

     目前每天都在产生和交换海量的信息,带来能源消耗的持续增长。根据预测,机器间通信(M2M)和物联网(IoT)将带来更大数量级的信息处理需求。光通信技术因具有能耗低、速率高等特点成为未来信息通信的重要方式。

     然而,为能达到物联网所需的信息能力,即使采用现有硅光电器件技术,能耗也将是我们未来所能提供的10倍。为能适应信息时代的发展,需要开发出新的光电器件解决方案以实现低功耗。

传统解决方案:加入锗吸收剂

     在过去几年中,光通信的发展受到传统光电转换器件的制约,现有硅基光电检测器件在探测近红外波段范围光波时就存在问题。目前的解决方法是将锗吸收剂整合入标准硅光电器件中,然而这个工艺非常复杂。

新解决方案:加入石墨烯

     在此次技术进展中,研究人员将石墨烯用于硅光电器件,研制出具有高响应率的肖特基光电探测器。这些基于石墨烯的光电探测器在雪崩倍增的情况下,对1.55μm光的响应率达到0.37A/W,该高响应率与目前硅光电领域所用硅锗探测器响应率相当。

图  带有石墨烯的新型硅光电探测器

意义:凸显石墨烯对光通信的重要

      来自剑桥大学石墨烯研究中心、“石墨烯旗舰”项目管理委员会主席Andrea Ferrari教授称:“研究成果表明石墨烯(集成技术)与现有先进工艺相比,在生产(光电探测)器件上更为高效、廉价和实现对多波段的支持,为石墨烯在硅光电器件上的集成铺平了道路”。

      来自剑桥大学的论文作者Ilya Goykhman教授称,“可以看出石墨烯在光通信技术领域扮演了重要角色,这是该领域迈出的第一步,在未来2年内将实现晶圆级集成。‘石墨烯旗舰’项目的光电工作组将会使其变为真正的现实”。

未来:更多石墨烯器件实现更高速通信

      Andrea Ferrari教授表示:“我们已经展现了探测器的潜能,但是我们还需要制造基于石墨烯的调制器,以此实现全功能低能耗光电通信系统,‘石墨烯旗舰’项目已致力于此” 。

      Andrea Ferrari教授还表示,“石墨烯能够在能耗方面战胜现有硅光电技术,将成为数据通信的支撑。我们计划在2018年建成传输能力达到4x28 GB/s的‘通信库’”。此次技术突破表明已向该愿景迈出了第一步,爱立信和阿尔卡特朗讯等通信企业也认识到了该研究的重要性并已加入“石墨烯旗舰”项目,共同推动该技术的发展。

背景:欧洲“石墨烯旗舰”项目

      2013 年10月,为统一和强化以石墨烯为代表的二维材料的研究力量,欧盟启动了周期超过10年、预算超过10亿欧元的“石墨烯旗舰”项目,并提供50%的预算支 持。该项目隶属欧盟“未来新兴技术旗舰”计划,是具有宏大愿景的大规模技术研发倡议,旨在通过制定共同目标和路线图,全面解决某领域的重大科学和技术挑 战。

      2016年4月,“石墨烯旗舰”项目宣布完成第一阶段的研究,并选出了八大成就。

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