高品質グラフェンとシリコンフォトニクスのヘテロ集積によるTHz-光融合

通过高质量石墨烯和硅光子的异质集成实现太赫兹光融合

• 批准号: 22H01555
• 负责人: 藤方 潤一
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: The University of Tokushima
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01555/
• 关键词: テラヘルツ; グラフェンFET; メタサーフェスアンテナ; ゲルマニウム光変調器; 光電波接続; グラフェン; フランツ・ケルディッシュ効果; THz検出; シリコンフォトニクス集積回路; 光・電磁波融合

グラフェンTHz検出器に関しては、高品質h-BN上に積層したグラフェン層に対して、仕事関数の異なる金属電極層を接合することによりPN接合構造を作製するプロセスを確立した。また、バックゲート電極により電圧印加をすることにより、グラフェン層の電荷中性点を確認し、バックゲート電圧によりグラフェン層の電荷中性点付近にフェルミレベルを制御することにより、赤外光による受信動作を検証した。これにより、金属電極積層構造の最適化により、THz検出が可能なデバイス構造を実現出来ることを検証した。また、THz検出用のアンテナ構造に関しては、金属メタサーフェス構造を設計最適化することにより、高効率なTHz受信動作が実現可能なことを検証すると共に、シリコン誘電体からなるトポロジカルTHz導波路の設計検討を行い、THz波の高効率な閉じ込め構造を検証した。ゲルマニウム光変調器に関しては、0.8Vppの世界最高レベルの低電圧駆動で100Gbps動作を実証すると共に、85℃での56Gbps動作を実証した。すなわち、ゲルマニウム光変調器が低消費電力かつ高効率に電圧信号を光信号に変換可能なことを実証した。また、ゲルマニウム光変調器が高効率な光受信器として機能することを検証した。すなわち、フランツ・ケルディッシュ効果とゲルマニウム層内でのアバランシェ増倍効果を発現することに成功し、0V印加時に比較して5dB程度の高効率光受信動作を実証した。従って、THz電磁波信号を受信後、ゲルマニウム光変調器・ゲルマニウム光受信器と電気接続可能なように集積化することにより、高効率・低消費電力で遅延時間の非常に小さいTHz-光信号変換が可能であることを検証した。

High-quality h-BN high-quality h-BN laminated It is related to the establishment of the number of different metal electrode layer joints and the establishment of the PN joint structure.また、バックゲートelectrode により电媧姧をすることにより, Confirmation of the charge neutral point of the グラフェン layer, バックゲートelectric pressure The charge neutral point of the によりグラフェン layer is close to the にフェルミレベルを control することにより, and the infrared light によるtrust action を検证した.これにより, のoptimization of metal electrode laminated structure により, THz 検出 が な デ バ イ ス structure を実appeared ることを検证した.また、THz 検出用のアンテナstruct に关しては、metal メタサーフェス Structure Optimized manufacturing and design, high-efficiency THz trusted operation is now possible THz conductor The design of the wave path is the same as the line, and the high efficiency of the THz wave is the closed structure and the proof.ゲルマニウムoptical regulator switch, 0.8Vpp, the world's highest voltage regulator, low voltage switch The operation of 100Gbps is certified and the operation of 85℃ is certified and the operation of 56Gbps is certified.すなわち, ゲルマニウムoptical regulator, low power consumption, high efficiency, electric voltage signal, and optical signal, it is possible to change the light signal and した.また, ゲルマニウムoptical modulator and high-efficiency optical receiver and としてfunction and することを検证した.すなわち, フランツ・ケルディッシュ effect とゲルマニウム in-layer でのアバランシェ multiplying effect をThe result is a high-efficiency light-receiving operation of 5dB level, which is proven when 0V is added. After receiving the THz electromagnetic wave signal, it is possible to integrate the optical modulator, optical receiver and electric receiver High efficiency, low power consumption, extremely small THz-optical signal conversion, and low power consumption are all possible.

项目成果

SiC 上高品質グラフェンを用いた全光型超高速光スイッチ

采用 SiC 上高质量石墨烯的全光超高速光开关

• 发表时间: 2022
• 作者: 日下 智貴;古部 昭広;片山 哲郎;岸川 博紀;大野 恭秀;永瀬 雅夫;藤方 潤一
• 通讯作者: 藤方 潤一