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- 發布時間2018-03-21 09:25
- 發布人金(jin)彩集團
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光通信形(xing)成(cheng)了互聯網(wang)時代的(de)主流，預計(ji)對(dui)于發(fa)展中的(de)5G網絡同樣重要。現代通信依賴于以光速飛行信息的光鏈路以及諸如光電探測器和調制器之類的電路，其能夠將豐富的信息編碼到這些光束上。盡管硅是光學芯片上光子波導的首選材料，但光電探測器是由其他半導體（如GaAs，InP或GaN）制成的，因為硅在標準電信波長下是透明的。將這些其他半導體與硅集成是困難的，使制造工藝復雜化并且增加開支。而且，由于光子器件在使用更多功率時不斷縮小，熱管理正成為一個問題。
石墨烯(xi)(xi)對(dui)于(yu)電(dian)信(xin)光電(dian)探測器(qi)(qi)來說是一(yi)種(zhong)很有前途的(de)(de)(de)材料(liao)，因(yin)為它可(ke)以在(zai)包括標準電(dian)信(xin)波(bo)長的(de)(de)(de)大(da)帶寬上吸(xi)收光線。它也(ye)與(yu)CMOS技術兼容，這(zhe)意味著它可(ke)以在(zai)技術上與(yu)硅光子集(ji)成。此(ci)外，石墨烯(xi)(xi)是優異的(de)(de)(de)熱(re)導體，有望降低(di)石墨烯(xi)(xi)基光子器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)熱(re)消耗。由于(yu)這(zhe)些原因(yin)，用于(yu)光通信(xin)的(de)(de)(de)石墨烯(xi)(xi)一(yi)直(zhi)是一(yi)個激(ji)烈(lie)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)領域，現在(zai)正在(zai)全功(gong)率原型中獲(huo)得成果。
第一個石墨(mo)烯光電探測器是在2009年在IBM的研究實驗室開發的。這些基于晶體管的光電探測器的帶寬超過25 GHz，隨后用于通過10 Gbit s -1光學數據鏈路傳輸數據。通過采用不對稱的金屬 - 石墨烯 - 金屬晶體管配置，這些器件中的檢測效率得到改善。分析表明，這種石墨烯光電探測器的帶寬最終可能超過500 GHz。
圖：石墨烯光電探測器的(de)加速
2013年是石(shi)墨烯光(guang)電探測(ce)器成果(guo)頻出的(de)一年。幾個(ge)團隊報告了(le)不(bu)同幾何形狀的(de)石(shi)墨烯光(guang)電探測(ce)器，利用不(bu)同的(de)物理原理，從而產生CMOS兼容(rong)的(de)光(guang)電探測(ce)器，覆蓋所(suo)有(you)通信(xin)頻帶，帶寬高(gao)達18 GHz。在所(suo)有(you)這些新的(de)實現中，石(shi)墨烯直接位于硅波導的(de)頂部，并且(qie)光(guang)在波導下(xia)傳播時(shi)被(bei)吸收(shou)。這是第一個(ge)真正的(de)CMOS兼容(rong)石(shi)墨烯光(guang)電探測(ce)器。
2016年(nian)，石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)光(guang)電探測(ce)(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)帶寬達到65 GHz，利用石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)/硅(gui)pn結，潛在(zai)(zai)比(bi)特(te)率為(wei)?90 Gbit s -1。早在(zai)(zai)2017年(nian)，帶寬超(chao)(chao)過75 GHz的(de)(de)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)光(guang)電探測(ce)(ce)器(qi)(qi)就在(zai)(zai)6英寸晶圓(yuan)生(sheng)(sheng)產線上制(zhi)造。這些創紀(ji)錄的(de)(de)器(qi)(qi)件(jian)于(yu)2018年(nian)在(zai)(zai)巴塞羅那舉(ju)行的(de)(de)世界移動(dong)通信大(da)會(hui)上展出，參觀者可(ke)體驗(yan)全(quan)球首個全(quan)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)光(guang)通信鏈路，每條(tiao)通道的(de)(de)數(shu)據速率為(wei)25 Gbit s -1。在(zai)(zai)這個演示(shi)中，所有(you)主動(dong)電光(guang)操作都是在(zai)(zai)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)器(qi)(qi)件(jian)上進(jin)行的(de)(de)。石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)調制(zhi)器(qi)(qi)在(zai)(zai)網絡的(de)(de)發射器(qi)(qi)側(ce)處(chu)理數(shu)據，將電子數(shu)據流編碼(ma)為(wei)光(guang)信號(hao)。在(zai)(zai)接收(shou)器(qi)(qi)端(duan)，石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)光(guang)電探測(ce)(ce)器(qi)(qi)做(zuo)了(le)相反的(de)(de)處(chu)理，將光(guang)學(xue)調制(zhi)轉換為(wei)電子信號(hao)。這些器(qi)(qi)件(jian)由 CVD法石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)制(zhi)成，并在(zai)(zai)Graphene Pavilion展出。在(zai)(zai)同一場展出中，愛立信展示(shi)了(le)首款基(ji)于(yu)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)的(de)(de)光(guang)子開(kai)關的(de)(de)移動(dong)接入網絡中基(ji)于(yu)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)的(de)(de)光(guang)學(xue)超(chao)(chao)快互連。從財務角(jiao)度來(lai)看，如果生(sheng)(sheng)產成本是幾年(nian)前(qian)采用石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)技術的(de)(de)障(zhang)礙，那么現在(zai)(zai)不(bu)再(zai)是了(le)。
基于(yu)石墨烯的(de)集成(cheng)光(guang)子(zi)學被認為(wei)是(shi)未來發(fa)展的(de)一個關鍵領域(yu)，其潛在的(de)高速光(guang)網絡使用比基于(yu)半導體光(guang)子(zi)學的(de)網需要絡更少的(de)能量，同(tong)時(shi)保持低成(cheng)本并(bing)能夠提供(gong)與現有(you)技術的(de)集成(cheng)。（原作者： Marko Spasenovic）
參考來(lai)源：graphenea
來(lai)源：智識咨詢
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