研究人员报告了一种基于石墨烯/ hBN的高效电吸收调节剂

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 具有hBN–HfO2–hBN介电图像的EA调制器的电气连接和横截面示意图

由Frank Koppens教授领导的ICFO研究人员与比萨大学,CNIT,根特大学-IMEC和NIMS的研究人员合作,报告了一种新型的电吸收(EA)调制器,该调制器能够显示出静态和动态三倍的增长调制效率,同时保持高速,该值超过先前报道的石墨烯EA调制器的值。

为了实现这一目标,研究人员通过将高质量的石墨烯和高k电介质相结合,开发了高质量的基于石墨烯的电吸收调制器,该微电子学中也使用了该材料。通过将石墨烯与2d材料介电六角形氮化硼(hBN)集成在一起,可以实现高质量的石墨烯。

有趣的是,该团队随后能够添加夹在两层氮化硼之间的高k介电材料HfO 2,从而允许以更低的电压工作,同时由于实现了对称性和无滞后性,高质量的石墨烯。通过这样做,电介质组合能够增强EA调制器电容,而不会损害器件抵御高压的鲁棒性,在保持低掺杂水平的同时,保持电荷携带的高迁移率(提高调制效率)。

ICFO研究人员,该研究的第一作者Hitesh Agarwal解释说:“由于石墨烯与CMOS晶圆生产线集成的主要瓶颈之一是其与高k氧化物的不相容性,这促使我们构建了hBN- HfO 2 -hBN。不仅我们实现了高调制效率(由于具有高K介电常数),而且还实现了更高的速度(由于提高了迁移率)。”

ICFO的Postdoc研究人员,该工作的通讯作者BernatTerrés补充说:“我们已经等了一段时间才能看到石墨烯在应用中释放的出色基本功能”。他还强调说:“光电是这种2D材料克服了当前最新技术的首批产品之一,为其他商业应用带来了令人鼓舞的前景”。


这种新颖的设备能够胜过以前的调制器,在高速下运行,同时保持非常高的调制效率,低功耗,创纪录的39GHz带宽,高达40Gbps的运行速度,从而克服了所获得的基本限制。双层石墨烯系统远远不够。

这种设备与硅技术和微电子技术的兼容性可以促进我们当今在光子行业所面临的规模改进,并可以在电子和光电子应用中将这种类型的技术实现更大范围的功能。这样的结果可以使高速和低延迟光网络的应用受益,例如自动驾驶汽车,远程手术,物联网等。

这项研究的合作者,CNIT研究员,石墨烯旗舰项目的工作组负责人Marco Romagnoli评论说:“这项超快电吸收调制器的新科学成果为速度的连续竞赛铺平了道路,展示了所实现的最高电光带宽此外,这项工作也是完全3D集成的第一个示例,它是通过组装不同类型的2D材料来完全实现完整的3D集成,证明了这些新路线在集成电路微制造中的潜力。”

此外,诺基亚贝尔实验室的沃尔夫冈·坦普尔(Wolfgang Templ)强调说:“这项工作表明,所讨论的高质量双层封装石墨烯结构的2D-3D电介质集成可以为实现新型高性能和超小型电吸收调制器开辟道路。 (EAM)可以与基于Si的电子结合到最先进的高度集成的光子电路中。”

最后,ICFO的ICREA教授和石墨烯旗舰项目的工作包负责人Frank Koppens指出:“数据流量正在迅速增长,并将通过使自动驾驶汽车等方式极大地造福于社会。但是,高数据流量的功耗,这是需要解决的关键挑战。我很高兴看到,如本文所示,具有更低功耗的基于石墨烯的调制器可以同时解决两个社会挑战。”


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