Antecedentes
La fotónica es el estudio del comportamiento y las aplicaciones de los fotones como portadores de información y energía. La fotónica y las tecnologías relacionadas, en particular la tecnología fotónica, tienen ricas connotaciones y amplias perspectivas de aplicación. Si utiliza un teléfono inteligente, una computadora portátil y una tableta, puede esperar beneficiarse de la investigación en fotónica.
Reforma
Recientemente, un equipo dirigido por Tingyi Gu, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Delaware, está desarrollando tecnologías de vanguardia en dispositivos fotónicos que Puede habilitar dispositivos y la comunicación entre usuarios es más rápida.
Recientemente, el equipo de investigación diseñó un dispositivo de "silicio-grafeno" que puede emitir ondas de radio en un picosegundo y con un ancho de banda de subterahercios. Esto no sólo puede transportar más información, sino que también se puede hacer más rápido. Su investigación fue publicada recientemente en la revista ACS Applied Electronic Materials.
Mao Dun, primer autor del artículo y estudiante de posgrado, dijo: "En este estudio, estudiamos cuidadosamente las limitaciones del ancho de banda de los dispositivos fotónicos de silicio integrados con grafeno para futuras aplicaciones optoelectrónicas".
Tecnología
El silicio es un material muy abundante que se encuentra en la naturaleza y se utiliza comúnmente como semiconductor en dispositivos electrónicos. Sin embargo, los investigadores han agotado el potencial de los dispositivos semiconductores fabricados únicamente a partir de silicio. Estos dispositivos están limitados por la movilidad del portador del silicio (la velocidad a la que las cargas se mueven a través del material) y la banda prohibida indirecta (que limita la capacidad de liberar y absorber luz).
Ahora, el equipo de Gu ha combinado el silicio con un material con propiedades aún más beneficiosas: el material bidimensional grafeno. Los materiales bidimensionales se llaman así porque tienen una sola capa de átomos. En comparación con el silicio, el grafeno tiene una mejor movilidad de los portadores y una banda prohibida directa, lo que permite un transporte de electrones más rápido y mejores propiedades eléctricas y ópticas. Al combinar silicio con grafeno, los científicos podrán seguir utilizando técnicas ya utilizadas en dispositivos de silicio, que hacen que la computación sea más rápida. "¿Podemos hacer más de lo que podemos ahora estudiando las propiedades del material? Eso es lo que queremos descubrir", afirmó el estudiante de doctorado Thomas Kananen.
Para convertir el silicio en En combinación con grafeno, el equipo utilizó un método que estaban desarrollando. Este método se describe en un artículo publicado en la revista npj 2D Materials and Applications. El equipo de investigación colocó el grafeno en un lugar especial llamado "unión pin". Es la interfaz entre materiales. Al colocar grafeno en una "unión pin", el equipo optimizó la estructura de una manera que podría aumentar la capacidad de respuesta y la velocidad del dispositivo.
Este enfoque es sólido y fácil de adoptar por otros investigadores. El proceso se produce en obleas ultrafinas de 12 pulgadas y utiliza componentes de menos de un milímetro. Algunos componentes se producen en fábricas comerciales. Se están realizando otros trabajos en la Instalación de Nanofabricación de la Universidad de Delaware, donde Matt Doty, profesor asociado del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, dirige la instalación.
"La Instalación de Nanofabricación de la Universidad de Delaware (UNDF) es una instalación respaldada por empleados que permite a los usuarios fabricar dispositivos con longitudes de 7 nanómetros, que es aproximadamente diez veces el diámetro de un cabello humano", dijo Doty 1 en 2. Fundada en 2016, UNDF aporta nuevas direcciones de investigación a una variedad de campos, desde la optoelectrónica hasta la biomedicina y las ciencias vegetales. combinado, se puede utilizar como fotodetector, que puede detectar la luz y generar corriente, con un ancho de banda más amplio y un tiempo de respuesta más corto que las soluciones existentes. Toda esta investigación significa que el futuro traerá dispositivos inalámbricos más baratos y más rápidos. "Puede hacer que la red sea más fuerte, mejor y más barata. Este es el enfoque de la fotónica", afirmó Li Ai, investigador postdoctoral y primer autor del artículo publicado en la revista npj 2D Materials and Applications.
Ahora, el equipo está considerando ampliar las aplicaciones del material. "Estamos buscando más componentes basados en estructuras similares", dijo Gu.
”
Palabras clave
Datos de referencia
1 https://www.udel.edu/udaily/2019/March/tingy-gu-silicon -graphene- dispositivos/
2 Mao Dun, Thomas Kananning, Anishkumar Soman, Jeffrey Sinskey, Nicholas Petrone, James Horn, Gu Tingyi Limitación del ancho de banda de la optoelectrónica aplicada de grafeno-silicio de contacto directo, 2019. (2): 172 DOI: 10.1021/acsaelm 8b 00015