NTT實現世界上最快的石墨烯光電探測器零偏壓操作

新研究證明石墨烯成為寬頻高速光電探測器材料的前景

東京--(BUSINESS WIRE)--(美國商業資訊)-- (美國商業資訊)--NTT公司(NTT)和美國國家材料科學研究所(NIMS)共同實現了世界上最快的石墨烯光電探測器(PD) ²的零偏壓操作¹ (220 GHz)。此外，NTT和NIMS的研究首次闡明了石墨烯的光到電(O-E)轉換過程。石墨烯對從兆赫(THz)到紫外線(UV)的各種電磁波均具有高靈敏度和高速電回應。因此，它是一種很有前景的光檢測材料，能夠在現有半導體設備無法工作的波段內實現高速的O-E轉換。然而到目前為止，限於傳統的元件結構和測量設備，實驗所展示的零偏壓操作速度被限制在70 GHz。為此，石墨烯光電探測器研究面臨的挑戰是實現200 GHz的操作速度並闡明石墨烯的固有特性，如光到電轉換的過程。

在這項研究中，NTT和NIMS透過使用氧化鋅(ZnO)薄膜作為閘極材料來消除元件結構造成的電流延遲，使用晶載兆赫光譜技術來高速讀出電流，並採用220 GHz 的3dB頻寬展示了高速操作。該研究還透過比較用不同品質的石墨烯光電探測器的特性，發現了操作速度和靈敏度之間的協調效應。這些發現將使石墨烯光電探測器能夠根據其預期用途進行最佳化，例如更注重靈敏度的光學感測器或更注重速度的O-E訊號轉換器。這項開創性的研究於2022年8月25日線上發表在英國科學雜誌《自然-光子學》(Nature Photonics)上。

該研究小組研究了石墨烯的O-E轉換，重點是光熱電(PTE)效應³。該特性能實現改善功耗和訊號雜訊比所需的零偏壓操作。此外，研究顯示，與傳統認識所不同的是，電流的回應時間幾乎與光電探測器的大小無關。根據載流子密度的不同，從光照射到產生電流的時間可以有很大變化範圍，從低於100 fs到超過4 ps。

這些結果展示了石墨烯作為高速寬頻光電探測器材料的潛力。然而，本實驗中的石墨烯提煉自石墨，因而不適合大規模生產。在未來，NTT的研究人員將評估採用可量產的大面積石墨烯的光電探測器。研究人員一直在積極透過分層堆疊石墨烯和其他二維材料（單或多原子層材料）來創造自然界中不存在的材料。研究人員還將充分利用這項技術，尋找能夠實現更快操作的材料。讀者可以點選此處閱讀關於這項創新的全部細節。

¹ 特別是在石墨烯中，零偏壓操作對於改善功耗和訊號雜訊比至關重要。
² 一種將光信號轉換為電信號的光電檢測元件。
³ 光照射材料以產生電壓，從而改變溫度。

關於NTT

NTT是一家全球技術和商業解決方案供應商，幫助客戶加速成長和實現數位商業模式創新。我們以深厚的產業專長和創新為依靠，為網路安全、應用、工作場所、雲端運算、資料中心和網路提供數位業務諮詢、技術和代管服務。作為一家全球排名前五的IT服務提供者，我們多樣化的團隊在190多個國家和地區提供服務。我們為85%的《財星》全球百大企業和成千上萬的其他客戶和社群提供服務。憑藉120年的服務和社會責任傳統，我們支援客戶和宣導一個永續發展的世界，並為此採取行動。如需瞭解更多關於NTT的資訊，請造訪：https://www.global.ntt/。

NTT和NTT標誌是日本電信電話株式會社和/或其附屬公司的註冊商標或商標。所有其他提及的產品名稱是其各自所有者的商標。© 2022日本電信電話株式會社版權所有。

免責聲明：本公告之原文版本乃官方授權版本。譯文僅供方便瞭解之用，煩請參照原文，原文版本乃唯一具法律效力之版本。