Als een belangrijke stap op weg naar grafeenintegratie in siliciumfotonica, onderzoekers van het Graphene Flagship hebben een paper gepubliceerd die laat zien hoe grafeen een eenvoudige oplossing kan bieden voor siliciumfotodetectie in de telecommunicatiegolflengten. Gepubliceerd in Nano-letters , dit spannende onderzoek is een samenwerking tussen de Universiteit van Cambridge (VK), De Hebreeuwse Universiteit (Israël) en de John Hopkins Universiteit (VS).

De missie van het Graphene Flagship is om grafeen uit het academische laboratorium te vertalen, via de industrie en in de samenleving. Dit brede en ambitieuze doel heeft voorop gestaan ​​bij de keuzes die zijn gemaakt om het vlaggenschip te regisseren; het richt zich op echte probleemgebieden waar het een echt verschil kan maken, zoals in optische communicatie.

Optische communicatie wordt steeds belangrijker omdat ze het potentieel hebben om een ​​van de grootste problemen van ons informatietijdperk op te lossen:energieverbruik. Bijna alles wat we in het dagelijks leven doen, verbruikt informatie en al deze informatie wordt aangedreven door energie. Als we meer en meer informatie willen, we hebben steeds meer energie nodig. In de nabije toekomst, de belangrijkste verbruikers van dataverkeer zullen machine-to-machine communicatie en het Internet of Things (IoT) zijn.

Om het IoT en het vereiste informatieniveau mogelijk te maken, de huidige siliciumfotonica heeft een probleem:het heeft tien keer meer energie nodig dan wij kunnen leveren. Dus, als we dit nieuw willen, verbeterd internettijdperk, nieuwe technologische, Er moeten energiezuinige oplossingen worden gevonden. Dit is de reden waarom de drive naar op grafeen gebaseerde optische communicatie zo belangrijk is.

De afgelopen jaren, optische communicatie heeft hun levensvatbaarheid vergroot ten opzichte van standaard op metaal gebaseerde elektronische verbindingen. De huidige op silicium gebaseerde fotodetector die wordt gebruikt in optische communicatie, heeft een groot probleem als het gaat om het detecteren van gegevens in het nabij-infraroodbereik, dat is het bereik dat wordt gebruikt voor telecommunicatie. De telecomindustrie heeft dit probleem overwonnen door germaniumabsorbers te integreren met de standaard siliciumfotonische apparaten. Met dit proces hebben ze volledig functionerende apparaten op chips kunnen maken. Echter, dit proces is complex.

In de nieuwe krant grafeen is gekoppeld aan silicium op chip om Schottky-barrièrefotodetectoren met hoge responsiviteit te maken. Deze op grafeen gebaseerde fotodetectoren bereiken een responsiviteit van 0,37 A/W bij 1,55 μm met behulp van lawinevermenigvuldiging. Deze hoge responsiviteit is vergelijkbaar met die van de siliciumgermaniumdetectoren die momenteel in siliciumfotonica worden gebruikt.

Prof. Andrea Ferrari van het Cambridge Graphene Centre, die tevens de Science and Technology Officer en de voorzitter van het Management Panel voor het Graphene Flagship is; "Dit is een significant resultaat dat bewijst dat grafeen kan concurreren met de huidige stand van de techniek door apparaten te produceren die eenvoudiger kunnen worden gemaakt, goedkoop en werken op verschillende golflengten. Zo wordt de weg vrijgemaakt voor in grafeen geïntegreerde siliciumfotonica."

Dr Ilya Goykhman, van de Universiteit van Cambridge, en de hoofdauteur van de krant, zei; "De visie hier is dat grafeen een belangrijke rol gaat spelen bij het mogelijk maken van optische communicatietechnologieën. Dit is een eerste stap hiertoe, en, in de komende twee jaar is het doel van de wafer-scale integratie en opto-elektronica werkpakketten van het vlaggenschip om dit echt te laten gebeuren".

Verder pratend over het Graphene Flagship en zijn gezamenlijke benadering van onderzoek, Prof Ferrari merkte op:"Grafeen kan de huidige siliciumfotonische technologie verslaan in termen van energieverbruik. Het Graphene-vlaggenschip investeert veel middelen in integratie op waferschaal met de creatie van een nieuw werkpakket. We hebben een visie geïdentificeerd, waar grafeen de ruggengraat is voor datacommunicatie, en we zijn van plan om tegen 2018 een telecommunicatiebank te hebben die 4x28 GB/s kan overdragen. Het onderzoek hierin Nano-letters papier is de eerste stap naar het bereiken van die visie, waarvan het belang duidelijk wordt erkend door bedrijven zoals Ericsson en Alcatel-Lucent die zich bij het vlaggenschip hebben aangesloten om het te helpen ontwikkelen."

"We hebben het potentieel van de detector aangetoond, maar we moeten ook een op grafeen gebaseerde modulator produceren om een ​​volledige, energiezuinig optisch telecommunicatiesysteem en het vlaggenschip werkt hard aan dit probleem. The Flagship heeft de juiste mensen op het juiste moment op de juiste plek verzameld om samen aan dit doel te werken. Europa loopt voorop in deze technologie. Het is een grote uitdaging, en een geweldige kans voor Europa, aangezien er zo'n hoge toegevoegde waarde aan de apparaten is, zal het kosteneffectief zijn om het apparaat in Europa te vervaardigen - de waarde van de technologie binnen de Europese gemeenschap behoudend, " zei prof. Ferrari.