Optik Alıcıların Evrimi: Grafene Photodetectors bir Disruptive Technology
Optik iletişim sistemlerindeki yüksek veri aktarımı hızları ve daha düşük güç tüketimi için sürekli talep, tek bir atomik karbon tabakasından oluşan iki boyutlu materyale yönelik olarak, III-V yarı iletkenleri veya Germanyium'un özellikle bant genişliği, spektral hızları ve uyumluluk açısından, daha hızlı, yüksek çözünürlükte, elektromanyetik spektrumdaki iki boyutlu bir platform olarak ortaya çıktı.
Graphene'nin eşsiz Optoelektronik Özelliklerini Anlamak
Graphene'nin grubu yapısı, geleneksel yarı iletkenlere kıyasla yaklaşık% 2,3, ancak plasmonik ve dalga kılavuz yapıları ile entegre etme yeteneğine sahiptir. Crucially, grafikene son derece yüksek taşıyıcı hareketliliğini 200.000 cm2/V· eski örneklerden daha fazla sergilemesine izin verir, renkli fotoresseplara kıyasla ultra hızlı fotoğraflı fotoğraflama süresine göre.
Anahtar Performans Ölçümleri: Sorumluluk, Band genişliği ve Gürültü
Optik bir alıcıda kullanılan herhangi bir fotodetektör için, üç ölçümlü sistem tasarımı: sorumsuzluk (A/W), bant genişliği (Hz), ve gürültü eşdeğer gücü (NEP) düşük absürtücüler (GBPDs) ve foton-katılıcı grafikler için% 6'sı, 100 GHz'in ötesinde, birçok geleneksel dedektörü aşmış. Ancak, pristine grafiğindeki sorumlu mekanizmaların elde edilmesi, düşük absorpsiyon verimliliği ile sınırlıdır.
| Parameter | Typical Graphene Detector | Conventional (InGaAs/Ge) |
|---|---|---|
| Responsivity (A/W) | 0.001 – 1 (without gain) | 0.5 – 1.0 |
| Bandwidth (3dB) | 50 – 200 GHz | 10 – 60 GHz |
| Dark Current | Low (μA scale) | Low to moderate |
| Spectral Range | UV to THz | Typically 900-1700 nm |
| Temperature Range | Broad (cryogenic to 400K) | Limited by material |
Optik Alıcılar için Graphene-Based Photodetectors'ın Mimarileri
Çeşitli cihaz mimarisi göstermiştir, her biri belirli ticaret-tozlar için uygun.En yaygın tasarımlar fotokondüktör dedektörleri, fotodiodess, yerleşik alanları (örneğin, metal-grafene-metal, grafikene- p-n kavimleri) ve fototransistörler. daha gelişmiş konfigürasyonlar, zonik antenler, metamalzemeler veya mikrobovities ile fiksiyonları güçlendirerek ve tertemiz yanıtlara dönüştürmek için gerçekleştirilir.
Metal-Graphene-Metal (MGM) Fotodetectors
MGM fotodetectors'te, bir grafik kanalı iki metalik temasa geçti. Schottky bariyer metal-grafene arayüzünde, fotonikler tarafından üretilen bir elektrik alanı oluşturur. Ancak, düşük absorpsiyonlar hala sıfır önyargı ile birlikte, düşük karanlık akım ve yüksek sorumluluğa sahip, düşük çözünürlükte yüksek çözünürlükte.Bu dedektörleri standart lithografi kullanarak şarj edilebilir ve silikon fotoniklerle uyumludur.
Graphene-Silicon Hybrid Photodetectors
Geleneksel bir silikon fotodiode ile grafiken komponentin avantajları, grafiksel fotonik ekosistemi ekleyerek, grafiksel kuantum verimliliğinin% 30'u ve 20 ps'in altındaki yanıt süreleri aşması için umut vericidir.Bu cihazlar, CMOS platformlarında hem de fotoaktif bir fotoaktif tabaka olarak hareket eder. Grafiksel arayüzde dikkat edin.
Plasmonically Graphenektörleri geliştirdi
Düşük absorpsiyona hitap etmek için, araştırmacılar metalik nanoyapılar (örneğin, nanoantennas, gratings) yüksek bant genişliğine ışık hazırlamak için grafikte ışık, uzun dalgalar, dramatik olarak yerel alan ve sosiyon verimliliğini artırmak için göstermiştir. Plasmonik geliştirme, özellikle de çok sayıda analog tasarımda yüksek bant genişliğine sahipken, çok sayıdaki ışık miktarını artırmak için etkili bir şekilde azaltılabilir.For the Optical component, arrays of gold yaytie antenler veya gümüş nanorods have been shown to absorb up to% 70 of event light in a monolog.
Şişencks ve Current Research
Hızlı laboratuvar ilerlemesine rağmen, GBPD'lerin ticari optik alıcılarda mevcut teknolojileri değiştirebilmesi için birkaç zorluk ele alınmalıdır. birincil sorun bu sorunu çözemez, ancak hassas nanopatter ve gelişmiş imalat tekniklerini artırmak gerekir.
- [DüzgÜ:0) Düşük ışık absorpsiyonu[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ) temel limiti olarak kalır; multikat grafiğin absorbeyonu sağlar ancak taşıyıcı hareketliliğini azaltan bir transkatronike bağlanır.
- [FONT=0]Large-scale sentez[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜSTR:0) Yüksek kaliteli, üniformalı bir kimyasal buhar ayrıştırma (CVD) ile aynı zamanda tahıl sınırları, kırışıklıklar ve kirlenme gibi sorunlarla karşı karşıyadır, bu dagrad cihazı performansı.
- [FONT:0)Dielektrik platformları ile Integration (e.g., silikon nitride, silikon-on-insulator), grafikene'nin intrinsic özelliklerini korumak için optimize edilmiş transfer yöntemleri ve encaplar gerekir.
- [FONT:0] ⁇ yönetimi[DDDDDDDKD 1), grafiken termal iletkenlik yüksek olduğundan, ancak atomun küçük ısı kapasitesi yoğun sürekli aydınlatma altında hızlı yerel ısıtmaya neden olabilir.
Son zamanlarda yapılan çalışmalar umut verici çözümler göstermiştir. Örneğin, bir silikon nitrit dalga kılavuzu ile entegre edilmiş bir grafikte, yakın zamanda 0,5 A / W bant genişliği ile bir araya geldi.[Döneticileri Kuantum Elektronikinde Seçilmiş Konular Dergisi).[Döneticileri gösterilmiş Bir grafikte bulundu 10 Afra / W ile birlikte bir araya getiren bir grafikte organik heteroyapı gösterdi.
Optik Alıcılarda Graphene Photodetectors için Future Outlook
Önümüzdeki sefere, gelecekteki optik alıcılardaki GBPD'lerin rolü emin görünüyor, ancak ticarileşmenin yolu, sıfır seviyeli operasyon (elit güç kaynağı) ve ultra-kompakt ayak izi, bu arada, uzun mesafeli alıcılar ve koherent alıcılar gibi yüksek seviyeli bağlantılarda kullanılanlar için potansiyel gerektirir. İşte, grafikte sıfır-biyamlı işlem (elit güç tedariki) ve ultra-kompakt ayak izi, bu arada, uzun mesafeli avantajlar sunar.
Geleneksel optik fiber iletişimin ötesinde, grafiken fotodektörler yeni uygulamalara açık kapılar: esnek yüzeyler üzerinde entegre fotonik devreler, optik kalp-düşük sensörleri kullanarak optik monitörler ve hatta Terahertz görüntüleme sistemleri için güvenlik ve imha olmayan testler. Grafikteki mekanik esneklik ve yüksek hızlı performans kombinasyonu, kontraseptif yüzeylere bağlı olan veya tekstillerde gömülüdür.
Lab'dan Faba
Çeşitli şirketler ve araştırmalar, ölçeklenebilir grafiklere ve cihaz entegrasyonuna aktif olarak çalışıyor. Avrupa Birliği'nin Grafikçiliği programı önümüzdeki beş yıl içinde pilot üretime girebilir ve son derece kaliteli CVD grafikte, elektronik kalite ile karşılaştırılabilir olan bazı sergiler, üretim engellerinin aşılabileceğini iddia ediyor.
Sanatın durumu hakkında kapsamlı bir inceleme için, [[0.2021 inceleme inENFLT:1)Doğa Haberleşme[Dön:2][Dönetici 3) Mükemmel bir grafiksel fotonik ve beklentilerinin mükemmel bir bakışını sağlar. ek olarak, Malzemeler Kimya C).
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Grafikçiler optik alıcı tasarımı için bir paradigma değişikliği temsil ediyor, geleneksel yarı iletkenlerin maddi sınırlamalarının ötesine geçiyorlar.Süresel avantajlar, spektral hız ve entegrasyon esnekliği, optik alıcılar için daha hızlı, daha enerji verimli ve daha fazla adapte olacak bir paradigma değişikliği sunuyorlar.Özellikle malzemelerdeki verimlilik ve üretim ölçeklenebilirliği, özellikle de malzemelerdeki ilerleme hızı, malzemelerdeki ilk ticari esneklik, fotodetektörlerin ilk hafif grafiklere alınması gerektiğini gösteriyor.