В рамках совместного проекта исследования ученые из Массачусетского технологического института, Колумбийского университета и компании IBM TJ Watson Research Center использовали графен в качестве фотодетектора для включения в оптический чип.
Графен с его фотодетекторными способностями в широком спектральном диапазоне (от ультрафиолетового до инфракрасного) обладает быстрой оптоэлектронной реакцией, что является результатом высокой подвижности электронов. Тем не менее, графен может поглощать лишь малую часть падающего света, так что его чувствительность ограничена. В то время как эта минимальная светочувствительность может ограничить его использование в цифровых устройствах, ученые разработали способ использования графена в качестве фотодетектора для преобразования света в электричество для оптоэлектронных интегральных микросхем.
Научно-исследовательская группа, которая опубликовала работу в журнале Nature Photonics, разработала метод, с помощью которого они смогли преодолеть низкую чувствительность графена на входящий свет (от 2 до 3%роцентов проходящего через него света преобразуется в электрический ток). Они создали уклон в фотодетекторе, так что электроны, позиции которые были нарушены входящими фотонами, получали более высокое энергетическое состояние.
Кроме того, оригинальный дизайн, при котором свет направляется в фотодетектор через канал или волновод, который ограничен куском графена, расположенным перпендикулярно по отношению к каналу. Это позволило избежать лишнего шума, который сопровождает этот процесс. Таким образом, в этом процессе фотоны проходят через канал и начинают воздействовать на электроны, увеличивая их энергетическое состояние. Эти возбужденные электроны затем выбрасывает на электроды под действием электрического поля, тем самым создавая ток без подачи напряжения из сети.
Этот свободный от напряжения фотодетектор может на данном этапе генерировать 100 миллиампер на ватт. Ученые также полагают, что с небольшим количеством инженерных улучшений, таких как более тонкие электроды и более узкие волноводы, можно было бы увеличить эти результаты в два или даже четыре раза.
