(a) Image de microscopie électronique à balayage du photodétecteur au graphène, intégré à un guide d'onde en silicium. (b) Réactivité du photodétecteur en fonction du biais source-drain. Encart supérieur :transmission sans distorsion à 12 Gbit/s avec le détecteur au graphène. Encart inférieur : la photo-réponse uniforme est testée à partir de 1, 450 nm à 1, 590 nm.
Les photodétecteurs à base de graphène ont suscité un vif intérêt en raison de leurs propriétés physiques exceptionnelles, qui incluent une réponse ultra-rapide sur un large spectre, une forte interaction électron-électron et une multiplication des photoporteurs. Cependant, la faible absorption optique du graphène limite sa photo-réactivité.
Pour remédier à ce, le graphène a été intégré dans des nanocavités, microcavités, et les résonateurs à plasmons; encore, ces approches restreignent la photodétection à des bandes étroites. Les architectures hybrides graphène-point quantique peuvent grandement améliorer la réactivité, mais au prix de la vitesse de réponse. Dans ce projet de recherche, un photodétecteur de graphène intégré au guide d'ondes a été démontré qui présente simultanément une haute réactivité, grande vitesse et large bande passante spectrale.
A l'aide d'une jonction de graphène dopé métal couplée de manière évanescente au guide d'onde, le détecteur atteint une photoréactivité supérieure à 0,1 A/W avec une réponse presque uniforme entre 1, 450 nm et 1, 590 nm. En fonctionnement à zéro biais, des taux de réponse supérieurs à 20 GHz ont été atteints, et une liaison de données optique à 12 Gbit/s limitée par l'instrumentation a été confirmée.
La réactivité est de 0,1 A/W, ce qui est comparable aux photodétecteurs au germanium actuels dans les circuits intégrés photoniques au silicium. Les taux de réponse de l'appareil dépassent 20 GHz, de telle sorte que le système fonctionne sans distorsion dans une véritable liaison de données optique à 12 Gbit/s. Plus loin, ce détecteur de lumière au graphène montre une réponse 16 fois plus élevée que les photodétecteurs conventionnels à base de graphène. Ces caractéristiques ont jeté les bases de l'optoélectronique au graphène sur puce, qui fournit une solution prometteuse pour des réseaux optiques sur puce efficaces.
Schéma d'un photodétecteur intégré à un guide d'ondes composé de graphène.
Capacités du CFN :L'installation de nanofabrication du CFN a été utilisée pour exécuter des processus de fabrication avancés qui ont intégré du graphène à des circuits intégrés photoniques au silicium.
Les circuits photoniques à base de silicium sont prometteurs pour les puces informatiques à grande vitesse et à faible puissance
