據(jù)phys.org網(wǎng)站2019年3月27日?qǐng)?bào)道，特拉華大學(xué)研究小組最近設(shè)計(jì)了一種硅-石墨烯裝置，它可以在不到一皮秒的時(shí)間內(nèi)以亞太赫茲的帶寬傳輸射頻波，用于探索石墨烯-硅集成光電學(xué)在未來(lái)光電應(yīng)用中的帶寬限制。

如果你使用智能手機(jī)、筆記本電腦或平板電腦，那么你就正從光子學(xué)的研究中獲益。特拉華大學(xué)（University of Delaware）電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)助理教授TingyiGu領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)光子學(xué)設(shè)備的前沿技術(shù)，使設(shè)備之間以及使用設(shè)備的人之間能夠更快地通信。

研究小組最近設(shè)計(jì)了一種硅-石墨烯裝置，它可以在不到一皮秒的時(shí)間內(nèi)以亞太赫茲的帶寬傳輸射頻波。在這項(xiàng)工作中，研究人員探索了石墨烯-硅集成光電學(xué)器件在未來(lái)光電應(yīng)用中的帶寬限制。硅是一種大量存在的天然材料，通常用作電子器件中的半導(dǎo)體。然而，研究人員已經(jīng)挖掘了硅半導(dǎo)體器件的所有潛力。這些器件受到硅載流子遷移率（電荷通過(guò)材料的速度）和間接帶隙（限制其釋放和吸收光的能力）的限制。

Tingyi Gu教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)正在將硅與二維材料石墨烯結(jié)合起來(lái)。二維材料之所以得名，是因?yàn)樗鼈冎皇且粏螌釉?。與硅相比，石墨烯具有更好的載流子遷移率和直接帶隙，因此電子傳輸速度更快，電學(xué)和光學(xué)性能也更好。把硅和石墨烯結(jié)合起來(lái)，有可能提高器件的工作性能。

為了將硅和石墨烯結(jié)合起來(lái)，研究小組將石墨烯放在一個(gè)稱為p-i-n結(jié)的特殊地方，即材料之間的界面。通過(guò)將石墨烯置于此，研究小組優(yōu)化了材料結(jié)構(gòu)，提高了器件的響應(yīng)率和運(yùn)行速度。

該方法具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，易于其他研究人員應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)過(guò)程基于一個(gè)12英寸的薄材料晶片上，使用的每個(gè)元件都小于1毫米。部分元件在一家工業(yè)代工廠制造的，其它一些工作由特拉華大學(xué)的納米制造設(shè)備完成。該設(shè)備由工作人員支持，可以讓用戶制造僅長(zhǎng)7nm的設(shè)備，于2016年開(kāi)放，為光電子、生物醫(yī)學(xué)和植物科學(xué)等領(lǐng)域的新研究方向提供了可能。

硅和石墨烯的結(jié)合可以作為一種光電探測(cè)器感知光并產(chǎn)生電流，提供更大的帶寬，響應(yīng)時(shí)間也更短。所有這些研究都將使未來(lái)的無(wú)線設(shè)備更便宜、速度更快。目前團(tuán)隊(duì)正在考慮如何擴(kuò)展這種材料的應(yīng)用。