Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Graphen-Photodetektoren brechen Geschwindigkeitsrekord

03.01.2017

Die Grenzen der Datenübertragungsraten sind noch lange nicht erreicht, wie Forscher_innen der TU Wien in Zusammenarbeit mit der AMO GmbH in Deutschland zeigen konnten. Es gelang den weltweit schnellsten Graphen-basierten Photodetektor mit einer Bandbreite von mehr als 65 GHz zu entwickeln.

Datenkommunikation der nächsten Generation


SEM - Bild eines solchen Graphen-Photodetektors: Das Licht wird von einem Streifenwellenleiter über einen Modenkoppler in den Schlitzwellenleiter, auf dem die Graphenschicht liegt, eingekoppelt. Das in der Graphenschicht erzeugte elektrische Signal wird an den beiden Kontakten (Source & Drain) gemessen.

Da die Menge an Daten stetig steigt, sind neue Konzepte für die Datenübertragung gefragt. Derzeit beruhen moderne Kommunikationssysteme auf der Übertragung von Daten mittels Glasfasern. Zur Datenverarbeitung hingegen werden Computerchips verwendet, die elektrisch funktionieren. Die Schnittstelle zwischen diesen beiden Welten bilden Photodetektoren, die das optische Signal in ein elektrisches umwandeln.

Die Anforderungen an solche Detektoren sind hoch: Sie müssen eine hohe Geschwindigkeit aufweisen, dabei aber auch klein, kompakt und möglichst einfach integrierbar sein. Gegenwärtig basieren Übertragungssysteme auf Materialien wie Germanium oder Indiumphosphid, die jedoch nur schwer in die klassische Siliziumtechnologie integriert werden können. Zusätzlich kommen sie durch ihre physikalischen Eigenschaften nun auch schon an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit.

Einzigartiges Material

Graphen, Kohlenstoff in zweidimensionaler Form, besitzt außergewöhnliche Eigenschaften, die das Material zu einem idealen Kandidaten zur Detektion von Licht machen. Graphen weist ein extrem breitbandiges Absorptionsspektrum auf, das heißt, es kann alle Wellenlängen detektieren.

Im Vergleich dazu kann beispielsweise Germanium nur bestimmte Wellenlängen absorbieren und ist dadurch in der Anwendung eingeschränkt. Graphen zeichnet sich besonders dadurch aus, dass die Umwandlung von Licht in ein elektrisches Signal bemerkenswert schnell vonstatten geht. Zusätzlich erlaubt die zweidimensionale Struktur eine problemlose Integration in die bestehende Siliziumtechnologie.

Und es geht noch schneller

Aus der Forschung ist bereits bekannt, dass Graphen das Material der Wahl für integrierte Detektoren ist. Forscher_innen der TU Wien haben nun in Zusammenarbeit mit der AMO GmbH ein neues Detektorkonzept entwickelt, das alle Rekorde bricht. Der Detektor basiert auf einer speziellen Wellenleiterstruktur:

Das Licht wird in zwei Silizium Streifen geführt, die durch eine Aussparung getrennt sind. Über dieser Wellenleiterstruktur ist eine Graphenschicht platziert, die elektrisch kontaktiert ist. Der Wellenleiter wird sowohl dazu benutzt das Licht einzukoppeln als auch über Elektroden die elektrischen Eigenschaften der Graphenschicht zu steuern. Das absorbierte Licht erzeugt eine Spannung in der Graphenschicht auf Grund des photothermolektrischen Effekts, die an den Kontakten gemessen werden kann.

Dieses Konzept erlaubt es, die Sensitivität elektrisch zu steuern, ohne die Geschwindigkeit des Detektors zu beeinflussen. Der Detektor besitzt eine Bandbreite von 65 GHz und ermöglicht eine Datenrate von mindestens 100 Gbit/s.

„Die gemessene Bandbreite des Detektors ist durch den Messaufbau limitiert. Dies zeigt uns, dass es noch Luft nach oben gibt“, erklärt Simone Schuler vom Institut für Photonik der TU Wien.

Originalpublikation: Controlled Generation of p–n Junction in a Waveguide Integrated Graphene Photodetector. NanoLetters 2016, 16, 7107-7112 | DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03374
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b03374

Webtipp: Graphene Flagship: http://graphene-flagship.eu/graphene-photodetectors-set-speed-record

Bilderdownload: https://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2017/graphen_photodetektoren

Rückfragehinweis:
Dipl.-Ing. Simone Schuler
Technische Universität Wien
Institut für Photonik
Gußhausstr. 27-29, 1040 Wien
T: +43-1-58801-38726
simone.schuler@tuwien.ac.at

Aussender:
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Resselgasse 3, Stiege 2, 2. Stock, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41024
pr@tuwien.ac.at

Information & Communication Technology ist – neben Computational Science & Engineering, Quantum Physics & Quantum Technologies, Materials & Matter sowie Energy & Environment – einer von fünf Forschungsschwerpunkten der Technischen Universität Wien. Forschung und Entwicklung werden mit einer Vielzahl an interdisziplinären Projekten verfolgt. Im Fokus steht das Internet. Neben den technischen Grundlagen wird auch die wirtschaftliche, soziale und kulturelle Einbettung der Informations- und Kommunikationstechnologien untersucht.

TU Wien - Mitglied der TU Austria

www.tuaustria.at 

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Ein stabiles magnetisches Bit aus drei Atomen
21.09.2017 | Sonderforschungsbereich 668

nachricht Drohnen sehen auch im Dunkeln
20.09.2017 | Universität Zürich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie