(a) Imagen de microscopía electrónica de barrido del fotodetector de grafeno, integrado con una guía de ondas de silicio. (b) Responsividad del fotodetector en función del sesgo fuente-drenaje. Inserción superior:Transmisión de 12 Gbit / s sin distorsiones con el detector de grafeno. Inserción inferior:la foto-respuesta uniforme se prueba a partir de 1, 450 nm a 1, 590 nm.
Los fotodetectores basados en grafeno han atraído un gran interés debido a sus excepcionales propiedades físicas, que incluyen una respuesta ultrarrápida en un amplio espectro, una fuerte interacción electrón-electrón y multiplicación de fotoportadores. Sin embargo, la débil absorción óptica del grafeno limita su fotosensibilidad.
Para abordar esto, el grafeno se ha integrado en nanocavidades, microcavidades, y resonadores de plasmones; todavía, estos enfoques restringen la fotodetección a bandas estrechas. Las arquitecturas híbridas de grafeno y punto cuántico pueden mejorar enormemente la capacidad de respuesta, pero a costa de la velocidad de respuesta. En este proyecto de investigación, Se demostró un fotodetector de grafeno integrado en una guía de ondas que simultáneamente exhibe una alta capacidad de respuesta, alta velocidad y ancho de banda espectral amplio.
Usando una unión de grafeno dopado con metal acoplado evanescente a la guía de ondas, el detector alcanza una fotorrespuesta superior a 0,1 A / W junto con una respuesta casi uniforme entre 1, 450 nm y 1, 590 nm. En operación de polarización cero, se lograron tasas de respuesta superiores a 20 GHz, y se confirmó un enlace de datos óptico de 12 Gbit / s con instrumentación limitada.
La capacidad de respuesta es de 0,1 A / W, que es comparable a los fotodetectores de germanio actuales en circuitos integrados fotónicos de silicio. Las tasas de respuesta del dispositivo superan los 20 GHz, de manera que el sistema funcione sin distorsión en un enlace de datos óptico real de 12 Gbit / s. Más lejos, este detector de luz de grafeno muestra una respuesta 16 veces mayor que los fotodetectores convencionales basados en grafeno. Estas características han sentado las bases para la optoelectrónica de grafeno en chip, que proporciona una solución prometedora para redes ópticas en chip eficientes.
Esquema de un fotodetector integrado en una guía de ondas compuesto de grafeno.
Capacidades de CFN:La instalación de nanofabricación de CFN se utilizó para realizar procesos de fabricación avanzados que integraban grafeno con circuitos integrados fotónicos de silicio.
Los circuitos fotónicos basados en silicio son prometedores para chips de computadora de alta velocidad con baja potencia
