Tijdens de IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2014) van deze week, onderzoekscentrum voor nano-elektronica imec en het geassocieerde lab aan de Universiteit Gent hebben de eerste geïntegreerde grafeen optische elektro-absorptiemodulator (EAM) in de industrie gedemonstreerd die in staat is tot 10Gb/s modulatiesnelheid. Combinatie van laag invoegverlies, lage aandrijfspanning, hoge thermische stabiliteit, breedbandwerking en compacte footprint, het apparaat markeert een belangrijke mijlpaal in de realisatie van de volgende generatie, high-density low-power geïntegreerde optische interconnects.

Geïntegreerde optische modulatoren met hoge modulatiesnelheid, kleine voetafdruk en athermische breedbandwerking zijn zeer gewenst voor toekomstige optische verbindingen op chipniveau. Grafeen is een veelbelovend materiaal om dit te bereiken, dankzij de snelle afstembare absorptie over een breed spectraal bereik. Imec's grafeen-silicium EAM bestaat uit een 50 µm lange grafeen-oxide-silicium condensatorstructuur, geïmplementeerd bovenop een geplanariseerde silicium-op-isolator (SOI) ribgolfgeleider. Voor de eerste keer, hoogwaardige optische modulatie werd gedemonstreerd in een hybride grafeen-siliciummodulator, met bitsnelheden tot 10Gb/s. Een concurrerend optisch insertieverlies van minder dan 4 dB en een extinctieverhouding van 2,5 dB werden verkregen over een breed golflengtebereik van 80 nm rond de centrale golflengte van 1550 nm. Bovendien, er werden geen significante prestatieveranderingen waargenomen voor temperaturen in het bereik van 20-49°C, wat een robuuste athermische werking impliceert. Als zodanig, imec's grafeen-silicium EAM presteert beter dan state-of-the-art SiGe EAM's op het gebied van thermische robuustheid en optische bandbreedtespecificaties.

"Met dit baanbrekende resultaat, imec heeft het enorme potentieel van grafeen optische EA-modulatoren geïllustreerd met betrekking tot thermische, bandbreedte, en voetafdrukvoordelen, " zei Philippe Absil, Afdelingsdirecteur 3D en Optical Technologies bij imec. "Deze prestatie onderstreept ons toegewijde werk en ons industrieleiderschap in R&D op het gebied van optische input/output op chipniveau met hoge bandbreedte. Toekomstige werkzaamheden zullen gericht zijn op het verder verbeteren van de modulatiesnelheid van onze grafeen EAM, vergelijkbaar met de snelheid die wordt verkregen in sterk geoptimaliseerde Si(Ge)-modulatoren (30-50 Gb/s)."