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石墨烯-硅光电探测器-物联网的重大突破
信息来源:2019-02-14


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由于石墨烯内在带隙缺失,使得其在数字逻辑方面的应用面临巨大挑战,这个弱点已经引起许多研究者对其在光电方面的研究。这种带隙的缺失使得石墨烯成为一个宽波段的接收器,能在可见光,红外和太赫兹的频率实现光电探测。

在欧盟委员会10亿欧元(13亿美元)10年项目支持的研究中,石墨烯旗舰公司,以及 包括英国剑桥大学,以色列希伯来大学和约翰霍普金斯大学美国的一组大学已成功将石墨烯与硅结合在芯片上,制造出“高响应度”的肖特基势垒光电探测器。

研究人员说道:“这种光电探测器是由金属和半导体连接的。由于光电探测器是光电连接的关键构件,研究结果可能会有着更少的能源消耗和信息转移,这一优势将会是实现物联网的关键。”

Nano Letters杂志上曾有研究表明,当使用1.55微米入射光的光电二极管时,这些基于石墨烯的光电探测器可以达到每瓦0.37安培的电流响应,这种高响应性与目前使用的硅锗探测器的硅光子学相当。

然而硅光电探测器可以用于可见光的检测,但它们并不能检测近红外辐射,因为近红外光子的能量不足以连接硅的带隙。出于这个原因,光电探测器已经由硅和锗的组合制成,但是这需要一个相对复杂的制造过程并且造价昂贵,然而新的基于石墨烯的组合可以以一种更简单且廉价的方式生产新型探测器。

剑桥大学石墨烯中心的Andrea Ferrari教授在一份新闻稿中说:“这证明了石墨烯足以与当前最先进的生产设备相竞争。它可以简化制备过程,并在不同波长都有吸收,这些优势都为石墨烯集成硅光子铺平了道路。”为了实现消耗更少能量的目的,Ferrari教授说:“石墨烯能在能源消耗方面战胜目前的硅光子技术。”他认为这是目前的重大成就。

关于物联网的光通信,剑桥大学Ilya Goykhman在一份新闻稿中说道:“这是第一步,未来两年的目标是圆片规模集成和光电工作包,而石墨烯是实现这一目标的基础。”在接下来的两年里,他们的研究将从光电探测器扩展到光学调节器。

Ferrari教授说道:“我们已经展示了潜在的探测器,但我们还需要一个基于石墨烯的调制器来构建一个完整且低能量的光学通信系统,石墨烯是解决这个问题的关键。”

参考原文链接:Graphene-Silicon Photodetector Could Enable the Internet of Things


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