下一代数据通信领域中石墨烯电光调制器的性能飞跃

在过去的几年中，全球数据流量蓬勃发展，全世界有超过125亿台连接设备。当前在全球范围内部署的5G通信标准引发了对具有更高性能（例如更高的速度，更低的功耗，更低的成本以及更易制造的性能）的小型设备的需求。石墨烯电光调制器将在下一代数据通信和电信领域带来新的性能飞跃。

为了寻找合适的技术，光子器件已经成为这种信息和通信技术发展的领先技术，其性能已经超越了当前的微电子学和CMOS技术的能力。

光通信系统依赖于三个基本组件：调制器，波导和光电探测器。光调制是光子集成电路的关键，因为它允许在单个通道上同时传输多个信号。更具体地，电吸收（EA）调制器可以调制通过光波导的光的振幅。

迄今为止，硅和石墨烯已赢得竞争，因为它们被证明是用于光学调制和检测的最具可扩展性，成本效益和CMOS兼容的材料。石墨烯电光调制器已经表现出了宽广的光带宽和温度稳定性，但在一些场合，由于石墨烯的质量有限，以及石墨烯和电介质材料之间的结合，它们一直无法同时表现出高速和高调制效率。

现在，在《自然通讯》上发表的一项研究中，报道了一种新型EA调制器能够在保持高速的同时显示静态和动态调制效率提高了3倍，该数值已经超过了先前报道的石墨烯EA调制器的值。

为了实现这一目标，研究人员通过将高质量的石墨烯和高k电介质相结合，开发了一种高质量的石墨烯电光调制器。通过将石墨烯与二维材料电介质六方氮化硼(hBN)集成在一起，可以实现高质量的石墨烯。有趣的是，该团队随后能够添加夹在两层氮化硼之间的高k介电材料HfO2，从而允许以较小的电压工作，同时实现了对称性和无滞后性。这样一来，电介质组合就可以增强EA调制器的电容，而不会影响器件抵御高压的稳健性，保留电荷携带的高迁移率（提高调制效率），同时保持低水平的掺杂。

该研究为其商业应用带来了令人鼓舞的前景。

总而言之，该器件性能优于以前的调制器，可在高速下运行，同时保持很高的调制效率，低功耗，创纪录的39GHz带宽，运行速度高达40Gbps，并因此克服了迄今为止双层石墨烯系统获得的基本限制。获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com

这种器件与硅技术和微电子技术的兼容性，可以促进我们现在面临的光子产业的规模化改进，以及实现这种技术在电子和光电应用中更大范围的功能。这样的成果肯定能让高速和低延迟的光网络应用受益，比如自主车辆、远程手术、物联网等等。

这项超快电吸收调制器的新科研成果为不断竞速铺平了道路，展示了石墨烯和二维材料实现的最高电光带宽。此外，这项工作也是第一个完全通过组装不同类型的2D材料实现全3D集成的例子，证明了这些新路线在集成电路微制造中的潜力。

此外，诺基亚贝尔实验室的沃尔夫冈·坦普尔（Wolfgang Templ）强调说：“这项工作表明，所讨论的高质量双层封装石墨烯结构的2D-3D介电集成可以为实现新型高性能和超小型电吸收调制器开辟道路。 （EAM）可以与基于Si的电子结合到最先进的高度集成的光子电路中。”

该研究成果中具有更低功耗的石墨烯电光调制器可以同时解决两个社会挑战。

实验室中正在研究石墨烯电光调制器芯片