(a) Immagine al microscopio elettronico a scansione del fotorilevatore di grafene, integrato con una guida d'onda in silicio. (b) Reattività del fotorilevatore in funzione del bias source-drain. Riquadro superiore:trasmissione non distorta a 12 Gbit/s con il rilevatore di grafene. Riquadro inferiore:la foto-risposta uniforme viene testata da 1, 450 nm a 1, 590nm.
I fotorilevatori a base di grafene hanno suscitato un forte interesse per le loro eccezionali proprietà fisiche, che includono una risposta ultrarapida su un ampio spettro, una forte interazione elettrone-elettrone e moltiplicazione dei fotoportatori. Però, il debole assorbimento ottico del grafene ne limita la foto-reattività.
Per affrontare questo, il grafene è stato integrato in nanocavità, microcavità, e risonatori plasmonici; ancora, questi approcci limitano il fotorilevamento a bande strette. Le architetture ibride grafene-quantum dot possono migliorare notevolmente la reattività, ma a scapito della velocità di risposta. In questo progetto di ricerca, è stato dimostrato un fotorilevatore al grafene integrato nella guida d'onda che mostra contemporaneamente un'elevata reattività, alta velocità e ampia larghezza di banda spettrale.
Utilizzando una giunzione di grafene drogata con metallo accoppiata in modo evanescente alla guida d'onda, il rivelatore raggiunge una fotoresponsività superiore a 0,1 A/W insieme a una risposta pressoché uniforme tra 1, 450 nm e 1, 590nm. In funzionamento a polarizzazione zero, sono stati raggiunti tassi di risposta superiori a 20 GHz, ed è stato confermato un collegamento dati ottico a 12 Gbit/s limitato dalla strumentazione.
La risposta è 0,1 A/W, che è paragonabile agli attuali fotorivelatori al germanio nei circuiti integrati fotonici al silicio. Le velocità di risposta del dispositivo superano i 20 GHz, in modo tale che il sistema funzioni senza distorsioni in un vero collegamento dati ottico a 12 Gbit/s. Ulteriore, questo rilevatore di luce al grafene mostra una risposta 16 volte superiore rispetto ai fotorivelatori convenzionali a base di grafene. Queste caratteristiche hanno gettato le basi per l'optoelettronica del grafene su chip, che fornisce una soluzione promettente per reti ottiche efficienti su chip.
Schema di un fotorilevatore integrato con guida d'onda composto da grafene.
Funzionalità CFN:la struttura di nanofabbricazione CFN è stata utilizzata per eseguire processi di fabbricazione avanzati che integravano il grafene con circuiti integrati fotonici al silicio.
I circuiti fotonici a base di silicio sono promettenti per chip di computer ad alta velocità con bassa potenza
