Los emisores de luz de alta velocidad integrados en chips de silicio pueden permitir arquitecturas novedosas para la optoelectrónica basada en silicio. Sin embargo, Los emisores de luz basados ​​en semiconductores compuestos enfrentan importantes desafíos para su integración con una plataforma basada en silicio debido a su dificultad de fabricación directa sobre un sustrato de silicio. Aquí, alta velocidad, Se desarrollaron emisores de cuerpo negro en chip de silicio basados ​​en grafeno altamente integrados en la región del infrarrojo cercano (NIR), incluida la longitud de onda de telecomunicaciones.

El grafeno es un material nanocarbonado bidimensional, tener electrónica única, Propiedades ópticas y térmicas que se pueden aplicar a dispositivos optoelectrónicos. Los emisores de cuerpo negro basados ​​en grafeno también son emisores de luz prometedores en chips de silicio en NIR y en la región del infrarrojo medio. Sin embargo, aunque se han demostrado emisores de cuerpo negro basados ​​en grafeno en condiciones de estado estacionario o modulación relativamente lenta (100 kHz), las propiedades transitorias de estos emisores bajo modulación de alta velocidad no se han informado hasta la fecha. También, Las comunicaciones ópticas con emisores basados ​​en grafeno nunca se han demostrado.

Aquí, los investigadores demostraron un Emisor de cuerpo negro de alta velocidad y en chip basado en grafeno en la región NIR, incluida la longitud de onda de telecomunicaciones. Se ha demostrado experimentalmente un tiempo de respuesta rápido de ~ 100 picosegundos para el grafeno de una sola capa y de pocas capas. Las respuestas de emisión pueden ser controladas por el contacto del grafeno con el sustrato dependiendo del número de capas de grafeno. Los mecanismos de emisión de alta velocidad se aclaran mediante la realización de cálculos teóricos de las ecuaciones de conducción de calor considerando el modelo térmico de emisores que incluyen grafeno y un sustrato.

Los resultados simulados indican que las propiedades de respuesta rápida pueden entenderse no solo por el transporte térmico clásico de la conducción de calor en el plano en el grafeno y la disipación de calor al sustrato, sino también por el transporte térmico cuántico remoto a través de los fonones polares de superficie (SPoPhs) de los sustratos. Además, se demostró experimentalmente la primera comunicación óptica en tiempo real con emisores de luz basados ​​en grafeno, lo que indica que los emisores de grafeno son nuevas fuentes de luz para la comunicación óptica. Es más, Fabricamos emisores de matriz bidimensionales integrados con grafeno a gran escala cultivado mediante el método de deposición química de vapor (CVD) y emisores con tapa operables en el aire. y llevó a cabo el acoplamiento directo de fibras ópticas a los emisores debido a su pequeña huella y estructura plana del dispositivo.

Los emisores de luz de grafeno son muy ventajosos sobre los emisores de semiconductores compuestos convencionales porque pueden integrarse altamente en el chip de silicio debido a procesos simples de fabricación de emisores de grafeno y al acoplamiento directo con la guía de ondas de silicio a través de un campo evanescente. Debido a que el grafeno puede realizar altas velocidades, emisores de luz de pequeño tamaño y en chip de Si, que todavía son desafíos para los semiconductores compuestos, Los emisores de luz basados ​​en grafeno pueden abrir nuevas rutas hacia la optoelectrónica y la fotónica de silicio altamente integradas.