硅光子学是近红外波段（1.31 / 1.55m）上用于现代光通信的一项关键技术。当前，硅光子学研究人员已尝试将该技术扩展到超过1.55m（例如2m）的波长带，以用于光通信，非线性光子学和芯片上感测的重要应用。然而，由于存在一些制造问题以及波Y { W R长带限制，实现超过1.Z 5 5 W k a 55m的高性能硅基波导光电探测器仍然面临挑战。作为替代，二维材料（例如石墨烯）U 8 q D ; T提供了有前途的解决方案，因为它具有宽的c } X工作波长带的能力以及避免在设计和制造中结构失配的优点。 + ( q N
在《光：科学与应用》上发表的一篇论文中，来自浙江大学和东南大学的科学家通过引入新型的硅-石墨烯混合等离子体激元波导，提出并演示了超过1.55m的高性能波导光电探测器。特别地，引入了顶部具有金属盖的超薄宽的硅脊芯区域_ 7 Z ? ，以获得4 ` $ | @ % p v独特的模场轮廓，从而增强了石墨烯的光吸收。此外，与先前的硅-石墨烯混合波导相比，制造容易并且石墨烯-金属接触电阻降低W u 6 Y 2 L f。例如，当分别在t t w q (1.55m和R e C / ; 7 z O2m下工作时，对于20m长和50m长的吸收区3 0 , Q ] A 2 q域，石墨烯的吸收效率高达54.3％和68.6％。
对于工作在2m的预制光电探测器j . s ^ ~ n - O，测得的3 dB带宽> 20 GHz（受实验设置限制），而在-0.J r .3V偏置电压下，对于0.28 mW输入光 % X x a 4功率，响应度为30-70 mA / W。对于工作在1.55m的光电探测器，其3 dBQ F F V 9 7 N r w带宽> 40 GHz（受设置限^ X y 8 N .制），而在-0.3V偏置电压下，对于0.16 mW输入光功率，测得的响应度约为0.4 A / W。
在这项工作中，仔细分析了石墨烯光电探测器的机理，_ R (这表明当在零偏置电压下工作时，光热电效应H | ^ : P F 7 ,是光响应的主要机理。当光电检测器在非零偏置电压下工作时，主要机制将成为辐S i V u M u d 8 f射热效应或光电导效t ! s 8 e [ !应。这项全面的分析有助于更好地了解石墨烯-金属界面中的( v : L 2 x }光电流生成。
科& { a学家总结了他们工作的重点：“我们已经提出并演示了超过1.55m的高性| I L g 0 { 3能硅-石墨烯混合等离子波导光电探测器。特别是，通过引入超薄宽硅，使用了新型硅-石墨烯混合等离子波导。脊芯区域顶部带有金属x X @ x盖，在垂直和水平方向上均控制了光学模态，从而增强了石墨烯中的光吸收，同时使金属吸收损失最小化，这极大地帮助了石墨烯在其中的充分吸收吸收区域短。”
“以20m的频率在2m的硅石墨烯波导光电探测器进行了演示，= $ ( x ] e其带宽为3 dB。在-0.3V的偏置电压下，对于0.28 mW的输入光功率，测得的响应度为30-70 mA / W。他S j . u们) % a x F )还证明了1.z } ` A 7 k55m的o ! Z光电= o e探测器具有出色的性能。目前的工作为在近红外/中红外波段上z ^ x l 2 6在硅上实现高响应X H : d g性和高速波导光电探测器铺平了道路。”
“在未来的工作中，应该做出更多的努力来引入一些特殊的结结构，以最小化暗电流并进6 N V X [ U E ,一步扩展工作波段。石墨烯波导光电探测器可n + } Z i m G A )能在中红外硅光子学中发挥重要作9 . P 5 )用，这将发I D X X P挥重要作用。及时分辨光谱学，芯片实验室传感，非线性光子学以及光通信。”