美国特拉华大年夜学研制出新型硅-石墨烯器件：通信速度更快！

近日，美国特拉华大学设计出一种“硅-石墨烯”器件，它能以亚太赫兹的带宽，在一皮秒之内发射无线电波。

背景

光子学（photonics）是研究作为信息和能量载体的光子的行为及其运用的学科。
光子学及其发展的干系技能即光子技能，具有丰富的内涵和广阔的运用前景。
如果你利用智好手机、条记本电脑、平板电脑，那么就有望从光子学的研究中获益。

光子芯片（图片来源：布里斯托大学）

创新

近日，美国特拉华大学电气与打算机工程系助理教授 Tingyi Gu 领导的一支团队正在开拓光子器件方面的前沿技能，该技能可以使得器件之间以及利用者之间的通信速率更快。

（图片来源：特拉华大学）

最近，该研究小组设计出一种“硅-石墨烯”器件，它能以亚太赫兹的带宽，在一皮秒之内发射无线电波。
这样不仅可携带更多信息，而且速率也更快。
他们的研究近期揭橥在《美国化学会运用电子材料（ACS Applied Electronic Materials）》期刊上。

（图片来源：特拉华大学）

论文第一作者、研究生 Dun Mao 表示：“在这项研究中，我们仔细研究了用于未来光电子运用的集成石墨烯的硅光子器件的带脱期制。
”

技能

硅是大自然产生的一种非常富余的材料，常日作为电子器件中的半导体利用。
然而，研究职员们已经耗尽了仅由硅制成的半导体器件的潜能。
这些设备受制于硅的载流子迁移率（电荷通过材料的速率）以及间接带隙（限定了开释和接管光芒的能力）。

现在，Gu 的团队将硅与一种具有更多有益特性的材料（二维材料石墨烯）相结合。
二维材料以只有一层原子而得名。
与硅比较，石墨烯具有更好的载流子迁移率以及直接带隙，使得电子传输得更快，并且电气和光学特性更好。
通过将硅与石墨烯相结合，科学家们将可以连续利用已经在硅器件中利用的技能，硅与石墨烯的结合使运行速率变得更快。
博士生 Thomas Kananen 表示：“通过研究材料的特性，我们能否好比今做更多的事情？这便是我们想要搞清楚的。
”

为了将硅与石墨烯相结合，团队采取了一种他们正在开拓的方法。
一篇揭橥在《npj 2D Materials and Application》期刊上的论文描述了这种方法。
团队将石墨烯放置到一个分外的地方，即所谓的“p-i-n结”。
它是材料之间的一种接口。
通过将石墨烯放置在“p-i-n 结”上，团队以一种可以提升相应率和器件速率的方法优化了这个构造。

（图片来源：参考资料【2】）

这个方法很健壮，而且便于其他研究职员采取。
这一工艺产生在12英寸的超薄材料晶圆上，并利用了小于一毫米的元件。
某些元件是在商业制造厂生产。
其他的事情在特拉华大学的纳米制造举动步伐进行，材料科学与工程系副教授 Matt Doty 是该举动步伐的主任。

Doty 表示：“特拉华大学纳米制造举动步伐（UNDF）是一个员工支持的工厂，它利用户可在7纳米的长度级别制造设备，约为人类发丝直径的万分之一。
UNDF成立于2016年，为从光电子学到生物医学再到植物科学的一系列领域带来了新的研究方向。
”

代价

硅与石墨烯结合之后，可作为光电探测器利用，可以感知光芒，并制造电流，并且比现有方案的带宽更大和相应韶光更少。
所有这些研究意味着未来将带来更便宜、更快速的无线设备。
博士后研究员、揭橥在《npj 2D Materials and Application》期刊上的论文第一作者 Tiantian Li 表示：“它可以使得网络更强、更好、更便宜。
这是光子学的关键点。
”

现在，团队正在思考拓展这种材料的运用路子。
Gu 表示：“我们正在探求更多的基于类似构造的元件。
”

关键字

光子、电子、通信

参考资料

【1】https://www.udel.edu/udaily/2019/march/tingy-gu-silicon-graphene-devices/

【2】Dun Mao, Thomas Kananen, Tiantian Li, Anishkumar Soman, Jeffrey Sinsky, Nicholas Petrone, James Hone, Po Dong, Tingyi Gu. Bandwidth Limitation of Directly Contacted Graphene–Silicon Optoelectronics. ACS Applied Electronic Materials, 2019; 1 (2): 172 DOI: 10.1021/acsaelm.8b00015