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 Browser-Plugin für mehr Internet-Sicherheit
21.08.2018 | Technische Universität Wien

nachricht Neue Software erleichtert Tierbewegungsforschung
21.08.2018 | Eberhard Karls Universität Tübingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

In Form gebracht

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Superauflösende Mikroskopie - Neue Markierungssonden im Nanomaßstab

21.08.2018 | Physik Astronomie

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