新的研究探索了石墨烯-硅器件在光子學中的應用

如果你使用智能手機、筆記本電腦或平板電腦，那么你就受益于光子學研究，即光學研究。 在特拉華大學，由電子和計算機工程助理教授Tingyi Gu領導的團隊正在開發(fā)用于光子器件的尖端技術，這些技術可以實現(xiàn)設備之間以及使用它們的人之間更快地通信。
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該研究小組最近設計了一種硅-石墨烯器件，它可以在亞太赫茲帶寬內(nèi)以不到一皮秒的速度傳輸射頻波 - 這是大量的信息而且速度很快。 u|"YS-dH  
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他們的工作在ACS Applied Electronic Materials（“Bandwidth Limitation of Directly Contacted Graphene–Silicon Optoelectronics”）上發(fā)表的論文中有所描述�！霸谶@項工作中，我們探討了石墨烯集成硅光子學對未來光電子應用的帶寬限制，”該論文的第一作者、研究生Dun Mao說。 N~`r;E  
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  如果你使用智能手機、筆記本電腦或平板電腦，那么你將受益于光子學研究，即光學研究。這項研究涉及在特拉華大學的納米加工設施中制造設備。 VB8eGMo  
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硅是一種天然存在的，豐富的材料，通常用作電子器件中的半導體。然而，研究人員已經(jīng)耗盡了僅由硅制成的半導體器件的潛力。這些器件受硅的載流子遷移率（電荷在材料中移動的速度）以及間接帶隙（限制了其釋放和吸收光的能力）的限制。 6fBA#Kb  
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現(xiàn)在，Gu的研究團隊正在將硅與具有更有利特性的材料 - 二維材料石墨烯相結合。2D材料因為它們只是一層原子而得名。與硅相比，石墨烯具有更好的載流子遷移率和直接帶隙，并且允許更快的電子傳輸和具有更好的電學和光學性能。 7OXRR)]V  
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通過將硅與石墨烯結合，科學家們可以繼續(xù)使用硅器件已經(jīng)使用過的技術 - 他們只需使用硅和石墨烯組合就能更快地工作。 4PU@W o  
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“看看材料屬性，我們能做的比我們合作的更多嗎？這就是我們想要弄清楚的，”博士生Thomas Kananen說。 oHSDi  
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為了將硅與石墨烯結合起來，該研究團隊采用了他們在2018年發(fā)表在npj2D Materials and Application（“Spatially controlled electrostatic doping in graphene p-i-n junction for hybrid silicon photodiode”）的一篇論文中開發(fā)和描述的方法。該研究團隊將石墨烯放置在一個稱為p-i-n結的特殊位置，即材料之間的界面。通過將石墨烯放置在p-i-n結處，該研究團隊在一定程度上優(yōu)化了結構，提高了器件響應度和速度。 Ly v"2P  
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這種方法具有較強的魯棒性，可以很容易地被其他研究人員應用。該過程在一個12英寸薄材料晶片上進行，并且使用的每個元件都小于1毫米。一些部件是在商業(yè)鑄造廠生產(chǎn)的。其他工作是在特拉華大學的納米加工設施中進行的，其中材料科學與工程副教授Matt Doty是該納米制造設施的主管。 \fUVWXv  
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“特拉華大學的納米加工設備（UDNF）是一個員工支持的設施，使用戶能夠制造長度小至7納米的設備，這比人類頭發(fā)的直徑小約10,000倍，”Doty說�！癠DNF于2016年開放，為光電子學，生物醫(yī)學和植物科學等領域的新研究方向提供了可能。” ) 54cG  
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硅和石墨烯的組合可用作光電探測器，其感測光并產(chǎn)生電流，具有比當前產(chǎn)品更大的帶寬和更短的響應時間。所有這些研究可以使未來的無線設備更便宜、更快速�！八�可以使網(wǎng)絡更強大、更好、更便宜，”博士后助理和npj 2D Materials and Application論文的第一作者Tiantian Li說�！斑@是光子學的關鍵點。” |r+hj<K  
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現(xiàn)在，研究團隊正在考慮如何擴展這種材料的應用。“我們正在考慮基于類似結構的更多組件，”Gu說。 ?=kH}'igq  
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原文鏈接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=52468.php（實驗幫譯）