石墨片光偵測器現身
- 上線日期：2010/4/13 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
IBM的研究人員利用厚度僅有一層碳原子的石墨片(graphene)，製作出第一個石墨片光偵測器。該元件能準確偵測到每秒10 Gbit的光資訊量，可望用來製作供光訊號與電流處理及傳輸資訊的新型電路。
光偵測器能將偵測到的光訊號轉換成電流，因此被廣泛應用在通訊、感測及成像等科技上。新一代的光偵測器通常是由III-V族半導體如砷化鎵(GaAs)等製成。當光照射到這些半導體材料時，每個被吸收的光子會激發出一組電子-電洞對(electron-hole pair)，而空乏區的電場會讓電子與電洞朝反方向移動而分離，進而產生電流。
石墨片有許多獨特的物理與力學特性，例如它的電子、電洞遷移率遠大於其他材料，此外，相較於操作頻寬狹窄的III-V族半導體，石墨片的吸收波段從可見光到紅外光，因此非常適合用來偵測光線。不過，儘管擁有眾多優點，石墨片仍有個嚴重的缺陷─電子電洞復合速度太快，以致於缺乏自由電子來攜帶電流。
最近，IBM TJ Watson研究中心的Phaedon Avouris等人員藉由使用場效電晶體的內電場概念，成功的克服了這個難題。研究人員將鈀或鈦電極製作於多層或單層的石墨片上，這些指狀金屬電極有不同的功函數，因此在電極與石墨片的界面會處產生電場。此電場能有效地讓電子與電洞分離，所以當光入射到光偵測器時，就會產生光電流。
Avouris表示，此架構下形成的內建電場作用範圍遍及整個元件，且由於不須外加任何偏壓，還能同時消除不必要的雜訊。目前石墨片光偵測器的操作速率可達10 Gbit/s，與III-V族半導體不相上下。
IBM團隊正嘗試將光偵測器的性能最佳化，同時將它整合到其他光學元件中。Avouris預期以石墨片為基礎的光電積體電路能有更廣泛的應用，他特別看好石墨片光偵測器在長波長的電磁頻譜與超快量測領域的競爭力。詳見Nature Photonics doi:10.1038/nphoton.2010.40。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/42210
譯者:謝德霖(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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