I circuiti integrati fotonici (PIC) utilizzano i fotoni come vettori di informazioni e dovrebbero risolvere i problemi di collo di bottiglia dei chip microelettronici in termini di velocità, consumo energetico e densità di integrazione con i loro vantaggi di velocità di trasmissione ultraelevata, basso ritardo e diafonia anti-elettromagnetica . Sono di fondamentale importanza per promuovere le scoperte nella tecnologia microelettronica, nella tecnologia dell'informazione quantistica e nella tecnologia di microrilevamento nell '"era post-Moore".

Spinti dall'applicazione della tecnologia dell'informazione, i chip fotonici integrati (PIC) hanno fatto grandi progressi. Ad esempio, i PIC al silicio sono compatibili con la tecnologia CMOS matura per la produzione a basso costo e su larga scala; I PIC al nitruro di silicio potrebbero tollerare una potenza ottica moderatamente elevata e grandi errori di fabbricazione; I PIC al niobato di litio potrebbero ottenere modulazioni elettro-ottiche perfette con bassa tensione pilotata e alta linearità.

Tuttavia, uno degli svantaggi di questi PIC è l'integrazione monolitica di guide d'onda e fotorilevatori con un unico materiale. Per supportare la trasmissione della luce nella guida d'onda, i materiali PIC non possono assorbire il segnale ottico, rendendo impossibile la realizzazione del fotorilevatore integrato da un unico materiale. Per risolvere questo problema, sono state implementate eterointegrazioni di materiali sfusi assorbenti (come Ge, semiconduttori composti III-V, ecc.) Su PIC. Tuttavia, ciò presenta ancora sfide aperte, come costi elevati, processi di fabbricazione complicati e problemi di interfaccia dei materiali.

Recentemente, i materiali bidimensionali (2D) sono emersi come un interessante materiale per l'assorbimento di fotoni per i fotorivelatori integrati nel chip. I materiali 2D non hanno legami penzolanti sulla superficie, il che elimina i vincoli di mancata corrispondenza del reticolo per integrarli in modo eterogeneo con i PIC. La famiglia di materiali 2D ha una ricca varietà di proprietà elettroniche e ottiche, tra cui grafene semimetallico, nitruro di boro isolante, dicalcogenuri di metalli di transizione semiconduttori e fosforo nero. Di conseguenza, è possibile costruire fotorilevatori integrati nel chip operanti a vari intervalli spettrali scegliendo materiali 2D appropriati.

In a new paper published in Light:Science &Application , a research group, led by Professor Xuetao Gan from Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, and Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, China have reported that integrating van der Waals PN heterojunctions of 2D materials on optical waveguides can provide a promising strategy to realize chip-integrated photodetectors with low dark current, high responsivity, and fast speed.

With the 2D layered structure and no dangling bonds, researchers can stack 2D materials with different properties in different orders by "stacking wood" to form van der Waals heterostructures with atomically flat interfaces. The "arbitrary combination" of van der Waals heterojunctions can not only give the advantages properties of a single material, but also generate novel properties, achieving a leap of 1+1>2. In this research, the researchers made full use of natural p-doped BP and n-doped MoTe₂ for hetero-stacking, and successfully fabricated an efficient van der Waals PN heterojunction.

Also, since there are no dangling bonds on the surface of 2D materials, compared with traditional semiconductors, 2D materials do not need to consider lattice mismatch when integrating with various photonic integration platforms. Finally, the preparation of source-drain electrodes can also be integrated on the photonic platform through the "stacking wood" technology and placed on both sides of the material, without cumbersome processes such as photolithography. This also greatly simplifies the fabrication process of the device and reduces the fabrication cost of the device, avoiding the contamination of the device interface by processes such as photolithography, which greatly improves the performance of the device. + Esplora ulteriormente

2-D-based single photon emitters integrated with CMOS-compatible silicon nitride waveguides