BGI与北京大学在高响应度石墨烯光通信探测器研究中取得进展。

研究背景

5G通信和物联网时代数据量呈指数增长，对光通信的能耗、带宽、成本等提出了更高的要求。在光通信中，硅光技术借鉴了硅基集成电路工艺，将光信号传输、信息加载与解调、数据计算等功能集成在一个芯片上（即硅光芯片），因此集成度更高、功耗和成本更低。然而，硅光芯片中的光电元器件受制于硅锗等材料的带隙、迁移率等限制，在截止波长、带宽等性能上仍有很大的提升空间，因此寻找兼容硅光技术的功能光电材料及器件结构，是当前研究热点。

石墨烯在与硅光芯片集成上具有独特的优势：无层间悬挂键，可以避免与硅晶圆间的晶格失配及界面电荷散射；具有高载流子迁移率，其带宽上限较高；可直接转移至硅光基底并兼容硅基微纳加工工艺，满足器件小型化及高密度的集成需求等。然而，由于单层石墨烯光吸收较弱，目前石墨烯光探测器响应度较低，限制了其在高性能光通信系统中的应用。

成果介绍

针对以上问题，北京石墨烯研究院、北京大学的彭海琳课题组、尹建波课题组与北京大学电子学院王兴军教授课题组合作，利用扭转双层石墨烯作为光吸收材料，实现了兼具高响应度和高带宽的硅波导集成扭转双层石墨烯光探测器的制备，相关工作以“Waveguide-integratedtwistedbilayergraphenephotodetectors”为题，于2024年5月1日，发表在《自然·通讯》（NatureCommunications）期刊上（NatureCommun.2024,15,3688）。

近年来，北京大学化学与分子工程学院彭海琳课题组主要从事二维材料物理化学与纳米器件研究，致力于高迁移率二维材料（石墨烯、拓扑绝缘体、氧硫族半导体）的控制合成、界面调控和器件应用研究。与合作者在国际上率先实现了4英寸超平整单晶晶圆石墨烯的生长（ACSNano2017,11,12337）和可规模化制备（ScienceBull.2019,64,659），并实现了高质量扭转双层石墨烯的生长（Nat.Commun.2021,12,2391），构筑了基于扭转双层石墨烯的光电探测器件（Nat.Commun.2016,7,10699），以及大面积超平整石墨烯单晶晶圆转移-集成型热电子发光器件（Nat.Commun.2022,13,5410）。

最近，彭海琳课题组将扭转双层石墨烯（tBLG）与硅光集成，通过对扭转角度的设计，使tBLG能带中范霍夫奇点（vHs）的能级差与1,550nm通信波段的光子能量相匹配，显著增强了与光的耦合效率。

另外，tBLG能带在接近狄拉克点处的线性色散关系使其具有与单层石墨烯接近的超高迁移率，保证了器件具有优秀的高频性能。仿真结果表明，tBLG相比于单层石墨烯具有约3倍的耦合效率提升，可以有效缩短沟道长度，并提升光响应度。

图1波导集成tBLG探测器的结构、器件设计及表征。

通过理论计算，当tBLG的扭转角为4.1°时，vHs距狄拉克点相差0.4eV，正好为1,550nm（0.8eV）光子能量的一半，此时光耦合效率最高。结合器件结构设计，可在仅8μm的器件长度下实现最高0.65A/W的高光响应度，多个器件平均光响应度为0.54A/W，显著优于单层石墨烯及AB堆叠的双层石墨烯器件。

该石墨烯硅光器件在具有高的光响应度之外还兼具高的工作带宽，其3dB带宽可达到65GHz（受限于测量仪器），在50Gbit/s的通断键控调制格式下显示出清晰的眼图信号，器件的功耗低达0.8pJ/bit，展现出在光通信中的应用潜力。

为验证将大面积tBLG与硅光集成的可能性，该研究基于石墨烯薄膜可控叠层转移技术构筑了大面积的波导集成tBLG光探测器阵列，展现出36±2GHz的高带宽及0.46±0.07A/W的高响应度，具有良好的均一性能，证明了大规模集成tBLG并制备高性能光通信器件的可能性。

图2大面积波导集成tBLG探测器阵列的制备及性能表征。

总结展望

该研究首次实现了扭转双层石墨烯与硅波导集成的光电探测器的制备，结合tBLG独特的vHs能带结构及器件结构设计，展现了具有0.65A/W的高响应度及65GHz（受限于测量设备）的3dB带宽等优异性能。另外，通过大面积tBLG器件阵列的制备，以及高响应度（0.46±0.07A/W）及带高宽（36±2GHz）性能的验证，证明了具有vHs和线性色散能带结构的tBLG与硅光异质集成制备大规模高性能光通信器件的优质潜力，特别是考虑到可控扭转角的tBLG晶圆级生长和石墨烯晶圆级转移技术的发展。

彭海琳教授、王兴军教授、尹建波研究员为该文的通讯作者，北京石墨烯研究院、北京大学博士生武钦慈、博士后钱君、博士生王悦晨和北京大学电子学院王兴军课题组研究生邢露文是该文的共同第一作者。其他主要合作者还包括北京石墨烯研究院院长、北京大学刘忠范院士、北京大学舒浩文研究员、刘洪涛副研究员等。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、北京分子科学国家研究中心、新基石基金会等机构和项目的资助，并得到了北京大学化学与分子工程学院分子材料与纳米加工实验室（MMNL）仪器平台、北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室的支持。

国烯健康为广东人仁康集团石墨烯应用中心旗下今日头条，广东人仁康集团石墨烯应用中心运用21世纪新材料之王“石墨烯”的高端技术，开发石墨烯工业设备，家用电器，智能家居，医用大健康，纺织，塑料，养殖七大板块的新应用，为全产业链提供高质量发展赋能。更多交流，请点国烯健康头像进入，再点上面的微头条，查看第一条微头条图片。

优迅科技取得一种PD芯片响应度测试系统专利，能极大提高生产良率与生产效率

金融界2024年5月6日消息，据国家知识产权局公告，大连优欣光科技股份有限公司取得一项名为“一种PD芯片响应度测试系统“，授权公告号CN111987009B，申请日期为2020年5月。

专利摘要显示，本发明属于光通信行业，尤其涉及一种PD芯片响应度测试系统。本发明的系统包括探针台部分、光源部分、响应度显示部分，是一种简单、易操作、成本较低的PD芯片响应度测试系统，可以在芯片正式投入生产前，将不良品筛选出来，极大程度的提高生产良率与生产效率，避免了不良品流入生产造成的工时浪费以及其他原材料损失。

本文源自金融界

相关问答

火灾报警探测器响应时间是多少?

3秒内发出启动信号。那么警报声应该在3秒钟内发出,但实际可能联动多个警报,所以花的时间可能多于3秒。报警实际用时2分30秒:用通讯工具报警,至消防站接警,...

485通信频率多少ms?

类的串行通讯速率的专业术语叫波特率,也就是每秒传送多少个位,例如,波特率为9600时,每...既然你用到了频率这个词,我想你问的应该是rs485通讯的速率。像485...

861考研科目什么意思?

通信、信息及自动控制等专业有关的一门基础学科。它的主要任务是:(1)在“时间域”及“频率域”下研究时间函数x(t)及离散序列x(n)的各种表示方式,(2)在...通...

光学信号是什么?

这个问题我的答案是:光学信号,它是一种特殊的信号源,不仅具有一般信号源波形生成能力,而且可以仿真实际电路测试中需要的任意波形。在我们实际的电路的运行中...

通信汉翻英将信号的实部虚部分别乘以冲击响应的模长的倒数翻...

[最佳回答]信号的实部虚部分别乘以冲击响应的模长的倒数Realandimaginarypartofthesignalismultipliedbyanotherlongcountdownm...

什么是io响应滞后现象?

IO响应滞后现象指的是输入/输出操作所产生的响应时间与期望的响应时间之间存在一定差距的现象。当进行IO操作时,期望能够立即得到响应结果,但实际情况下可能出...

蚂蚁的通讯是靠（　　）A．标志B．气味C．声音D．食物

[回答]动物通讯,就是指个体通过释放一种或是几种刺激性信号,引起接受个体产生行为反应.信号本身并无意义,但它能被快速识别,更重要的是它代表着一系列复杂...

电信光纤最高多少兆?

1、电信光纤最高500兆。2、光纤通信技术(opticalfibercommunications)从光通信中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作...

iPhone13Pro通话信号怎么样?-ZOL问答

它支持5G网络,具有更快的下载和上传速度,以及更低的延迟。同时,它也兼容4GLTE网络,在没有5G覆盖区域时仍然能提供良好的通话质量。iPhone13Pro采用了苹果自...

量子理论是怎样解释光电效应的?

爱因斯坦在1905年,使用光量子假说成功解释了光电效应,并被密立根和康普顿实验所验证。光和原子、电子一样也具有粒子性,光就是以光速c运动着的粒子流,这种粒...