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 Industrie 4.0: Fremde Eindringlinge im Unternehmensnetz erkennen
16.04.2018 | Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT

nachricht Die Thermodynamik des Rechnens
11.04.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH 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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics