Si usa un teléfono inteligente, ordenador portátil, o tableta, entonces te beneficias de la investigación en fotónica, el estudio de la luz. En la Universidad de Delaware, un equipo dirigido por Tingyi Gu, un profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, está desarrollando tecnología de vanguardia para dispositivos fotónicos que podría permitir comunicaciones más rápidas entre dispositivos y, por lo tanto, las personas que los utilizan.

El grupo de investigación diseñó recientemente un dispositivo de silicio-grafeno que puede transmitir ondas de radiofrecuencia en menos de un picosegundo con un ancho de banda de menos de terahercios; eso es mucha información, rápido. Su trabajo se describe en un nuevo artículo publicado en la revista Materiales electrónicos aplicados ACS .

"En este trabajo, Exploramos la limitación del ancho de banda de la fotónica de silicio integrada en grafeno para futuras aplicaciones optoelectrónicas, "dijo el estudiante de posgrado Dun Mao, el primer autor del artículo.

El silicio es un producto natural abundante material comúnmente utilizado como semiconductor en dispositivos electrónicos. Sin embargo, Los investigadores han agotado el potencial de los dispositivos con semiconductores hechos únicamente de silicio. Estos dispositivos están limitados por la movilidad del operador de silicio, la velocidad a la que una carga se mueve a través del material, y bandgap indirecto, lo que limita su capacidad para liberar y absorber la luz.

Ahora, El equipo de Gu está combinando silicio con un material con propiedades más favorables, el grafeno material 2-D. Los materiales 2-D reciben su nombre porque son solo una sola capa de átomos. Comparado con el silicio, el grafeno tiene una mejor movilidad de portador y banda prohibida directa y permite una transmisión de electrones más rápida y mejores propiedades eléctricas y ópticas. Al combinar silicio con grafeno, los científicos pueden seguir utilizando tecnologías que ya se utilizan con dispositivos de silicio; simplemente trabajarían más rápido con la combinación silicio-grafeno.

"Mirando las propiedades de los materiales, ¿Podemos hacer más de lo que estamos trabajando? Eso es lo que queremos averiguar "dijo el estudiante de doctorado Thomas Kananen.

Para combinar silicio con grafeno, El equipo utilizó un método que desarrollaron y describieron en un artículo publicado en 2018 en npj 2-D Materials and Application. El equipo colocó el grafeno en un lugar especial conocido como la unión p-i-n, una interfaz entre los materiales. Al colocar el grafeno en la unión p-i-n, el equipo optimizó la estructura de una manera que mejora la capacidad de respuesta y la velocidad del dispositivo.

Este método es robusto y podría ser aplicado fácilmente por otros investigadores. Este proceso se lleva a cabo en una oblea de 12 pulgadas de material delgado y utiliza componentes que son más pequeños que un milímetro cada uno. Algunos componentes se fabricaron en una fundición comercial. Otros trabajos se llevaron a cabo en la Instalación de Nanofabricación de la UD, de los cuales Matt Doty, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, es el director.

"La UD Nanofabrication Facility (UDNF) es una instalación con apoyo de personal que permite a los usuarios fabricar dispositivos en escalas de longitud tan pequeñas como 7 nm, que es aproximadamente 10, 000 veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano, "dijo Doty." La UDNF, que abrió en 2016, ha permitido nuevas direcciones de investigación en campos que van desde la optoelectrónica hasta la biomedicina y la ciencia de las plantas ".

La combinación de silicio y grafeno se puede utilizar como fotodetector, que siente la luz y produce corriente, con más ancho de banda y un tiempo de respuesta más bajo que las ofertas actuales. Toda esta investigación podría resultar más barata, dispositivos inalámbricos más rápidos en el futuro. "Puede fortalecer la red, mejor y más barato, ", dijo el asociado postdoctoral y el primer autor del artículo de aplicación y materiales 2-D de npj, Tiantian Li." Ese es un punto clave de la fotónica ".

Ahora el equipo está pensando en formas de expandir las aplicaciones de este material. "Estamos analizando más componentes basados ​​en una estructura similar, "dijo Gu.