Кремний в связке с графеном меняет свойства полупроводника

Кремний в связке с графеном меняет свойства полупроводника

Инженерами университета штата Делавэр разрабатывается передовая технология устройств фотоники, способных обеспечить значительное ускорение связи между ставшими уже привычными — смартфонами. Исследовательской группой университета недавно разработано кремниево-графеновое устройство, передающее радиочастотные волны менее чем за пикосекунду. При этом ширина полосы пропускания составляет менее терагерца. Подробнее о разработке сообщает журнал «Applied Electronic Materials».

Фотоника оптоэлектронных устройств будущего

Учёными исследовались ограничения пропускной способности интегрированной в графен кремниевой фотоники для оптоэлектронных устройств будущего. Кремний является природным материалом, традиционно используемым в качестве полупроводника электронных устройств.

Однако на современном уровне исследований потенциал устройств с полупроводниками, выполненными только из кремния, кажется, исчерпал себя. Фотонные устройства ограничены подвижностью носителей кремния и скоростью, с которой заряд проходит через материал. Непрямая запрещённая зона ограничивает способность кремния испускать и поглощать свет.

И вот, специалисты Делавэр решили объединить кремний с материалом, обладающим более благоприятными свойствами, отдав предпочтение графену 2D структуры. Двухмерные материалы представляют собой один слой атомов. По сравнению с кремнием, графен демонстрирует улучшенную подвижность носителей и прямую запрещенную зону.

Этот фактор обеспечивает более быструю передачу электронов, наделяет лучшими электрическими и оптическими свойствами. Комбинируя кремний и графен, учёные получают возможность продолжения использования технологии под кремниевые устройства. При этом скорости действия устройств обещают существенно увеличиться, благодаря комбинации кремний-графен.

Под объединение кремния с графеном исследовательская группа обратилась к методике, разработанной в 2018 году (описана в одной из публикаций «Materials and Application»). Исследователи помещали графен в специальное соединение (p-i-n) – своего рода интерфейс между материалами. Затем оптимизировалась структура материала таким образом, чтобы достичь улучшения чувствительности и скорости передачи.

Комбинация полупроводников на ближайшее будущее

Метод показал высокую степень надёжности и применимость к широкому ряду исследований. Процесс происходит на 12-дюймовой пластине, выполненной из тонкого материала. Используются компоненты размером менее миллиметра каждый. Часть компонентов изготовлена по коммерческому заказу.

Комбинацию кремния и графена допускается использовать в качестве фотоприемника, воспринимающего свет с последующим воспроизводством тока. Такой фотоприёмник отличается увеличенной пропускной способностью и меньшим временем отклика, чем показывают современные системы. Таким образом, грядёт появление более дешёвых и в то же время более скоростных беспроводных систем уже в ближайшем будущем.


При помощи информации: UDEL