高速设备工程

高速设备工程

如果你使用智能手机、笔记本电脑或平板电脑,那么你就可以从光子学的研究中获益。在特拉华大学,由电气和计算机工程助理教授顾廷义领导的团队正在开发光子学设备的尖端技术,该技术可以使设备之间的通信更快,从而使使用它们的人也能更快地进行通信。

这个研究小组最近设计了一种硅石墨烯装置,它可以在低于皮秒的亚太赫兹带宽内传输射频波——这是一种信息量大、速度快的装置。他们的工作在发表在美国化学学会应用电子材料杂志上的一篇新论文中进行了描述。

“在这项工作中,我们探索了石墨烯集成硅光子学在未来光电应用中的带宽限制,”论文第一作者、研究生邓茂说。

硅是一种天然的、丰富的材料,在电子器件中常用作半导体。然而,研究人员已经耗尽了硅半导体器件的潜力。这些器件受硅的载流子迁移率(电荷在材料中移动的速度)和间接带隙(限制其释放和吸收光的能力)的限制。

现在,顾的团队正在将硅与一种性能更为优越的材料——二维材料石墨烯结合起来。二维材料之所以得名,是因为它们只是一层原子。与硅相比,石墨烯具有更好的载流子迁移率和直接带隙,允许更快的电子传输和更好的电学和光学性能。通过将硅与石墨烯结合,科学家们可能能够继续利用已经用于硅器件的技术——他们只需将硅与石墨烯结合起来就能更快地工作。

我们在合作?这就是我们想知道的,”博士生托马斯·卡南说。

为了将硅与石墨烯结合,研究小组采用了他们在2018年发表在NPJ 2D材料与应用杂志上的论文中开发和描述的方法。研究小组将石墨烯放置在一个特殊的位置,即P-I-N结,即材料之间的界面。通过将石墨烯放置在p-i-n连接处,研究小组优化了结构,从而提高了器件的响应度和速度。

该方法具有较强的鲁棒性,便于其他研究人员应用。这一过程发生在一个12英寸的薄材料晶片上,并且使用的元件每一个都小于一毫米。有些部件是在一家商业铸造厂制造的。另一项工作是在UD的纳米制造设施中进行的,材料科学与工程副教授Matt Doty是该设施的主管。

多蒂说:“UD纳米制造设备(UDNF)是一个由员工支持的设备,使用户能够在7纳米的长度尺度上制造设备,这大约是人类头发直径的10000倍。”“2016年开放的UDNF在光电子学、生物医学、植物科学等领域开辟了新的研究方向。”

&如果你使用智能手机、笔记本电脑或平板电脑,那么你就可以从光子学的研究中获益,光子学就是光的研究。这项研究涉及到在UD的纳米制造工厂制造设备。

如果你使用智能手机、笔记本电脑或平板电脑,那么你就可以从光子学的研究中获益。这项研究涉及到在UD的纳米制造工厂制造设备。

硅和石墨烯的结合可以用作光电探测器,它能感应光线并产生电流,比现有产品具有更大的带宽和更低的响应时间。所有这些研究结果加起来可以使未来的无线设备更便宜、更快。博士后助理、NPJ 2D材料和应用文章《天田里》的第一作者说:“它可以使网络更强大、更好、更便宜。”“这是光子学的一个关键点。”

现在,团队正在考虑如何扩展这种材料的应用。“我们正在寻找更多基于类似结构的组件,”顾说。

这项工作由AFOSR和NASA资助,该团队与贝尔实验室进行了部分合作。

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