新的研究探索了石墨烯-硅器件在光子学中的应用

如果你使用智能手机、笔记本电脑或平板电脑，那么你就受益于光子学研究，即光学研究。 在特拉华大学，由电子和计算机工程助理教授Tingyi Gu领导的团队正在开发用于光子器件的尖端技术，这些技术可以实现设备之间以及使用它们的人之间更快地通信。 8|a./%gixs  
F-yY(b]$  
该研究小组最近设计了一种硅-石墨烯器件，它可以在亚太赫兹带宽内以不到一皮秒的速度传输射频波 - 这是大量的信息而且速度很快。 {K,In)4  
VeoG[Jl  
他们的工作在ACS Applied Electronic Materials（“Bandwidth Limitation of Directly Contacted Graphene–Silicon Optoelectronics”）上发表的论文中有所描述。“在这项工作中，我们探讨了石墨烯集成硅光子学对未来光电子应用的带宽限制，”该论文的第一作者、研究生Dun Mao说。 JB_fS/I  
>Fel) a  
,erw(7}'.  
  如果你使用智能手机、笔记本电脑或平板电脑，那么你将受益于光子学研究，即光学研究。这项研究涉及在特拉华大学的纳米加工设施中制造设备。 )Z}Ah
X  
:D.0\.p  
硅是一种天然存在的，丰富的材料，通常用作电子器件中的半导体。然而，研究人员已经耗尽了仅由硅制成的半导体器件的潜力。这些器件受硅的载流子迁移率（电荷在材料中移动的速度）以及间接带隙（限制了其释放和吸收光的能力）的限制。 ,WT>"9+  
.Mt3ec<  
现在，Gu的研究团队正在将硅与具有更有利特性的材料 - 二维材料石墨烯相结合。2D材料因为它们只是一层原子而得名。与硅相比，石墨烯具有更好的载流子迁移率和直接带隙，并且允许更快的电子传输和具有更好的电学和光学性能。 '%NglC[J  
2QfN.<[-  
通过将硅与石墨烯结合，科学家们可以继续使用硅器件已经使用过的技术 - 他们只需使用硅和石墨烯组合就能更快地工作。 V`V\/sgj  
YDt+1Kw}D  
“看看材料属性，我们能做的比我们合作的更多吗？这就是我们想要弄清楚的，”博士生Thomas Kananen说。 ]\$/:f-2  
a)qan  
为了将硅与石墨烯结合起来，该研究团队采用了他们在2018年发表在npj2D Materials and Application（“Spatially controlled electrostatic doping in graphene p-i-n junction for hybrid silicon photodiode”）的一篇论文中开发和描述的方法。该研究团队将石墨烯放置在一个称为p-i-n结的特殊位置，即材料之间的界面。通过将石墨烯放置在p-i-n结处，该研究团队在一定程度上优化了结构，提高了器件响应度和速度。 M([#Py9h  
ud1M-lY\U  
这种方法具有较强的鲁棒性，可以很容易地被其他研究人员应用。该过程在一个12英寸薄材料晶片上进行，并且使用的每个元件都小于1毫米。一些部件是在商业铸造厂生产的。其他工作是在特拉华大学的纳米加工设施中进行的，其中材料科学与工程副教授Matt Doty是该纳米制造设施的主管。 IrLGAQ0  
d$dy6{/YD  
“特拉华大学的纳米加工设备（UDNF）是一个员工支持的设施，使用户能够制造长度小至7纳米的设备，这比人类头发的直径小约10,000倍，”Doty说。“UDNF于2016年开放，为光电子学，生物医学和植物科学等领域的新研究方向提供了可能。” j)A#}4jd  
ep0,4!#FAO  
硅和石墨烯的组合可用作光电探测器，其感测光并产生电流，具有比当前产品更大的带宽和更短的响应时间。所有这些研究可以使未来的无线设备更便宜、更快速。“它可以使网络更强大、更好、更便宜，”博士后助理和npj 2D Materials and Application论文的第一作者Tiantian Li说。“这是光子学的关键点。” %,$n^{v  
KpLmpK1  
现在，研究团队正在考虑如何扩展这种材料的应用。“我们正在考虑基于类似结构的更多组件，”Gu说。 C*7/iRe  
{zdMmpQF  
原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=52468.php（实验帮译）