Hybrid Graphene/Superconducting Optoelectronics on Silicon Photonic Crystals

硅光子晶体上的混合石墨烯/超导光电子学

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2017-04187
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Electronic and photonic technologies have become part of our daily life. They are the ubiquitous backbone of a multitude of applications, from smartphones and computers to medical instrumentation and telecommunication systems. Integrating electronics and photonics on a single platform, known as integrated optoelectronics, holds great promise not only to enable a greater degree of device miniaturization, higher speed, and better performance but also for emerging applications in quantum and nanotechnologies. Although silicon and complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology have dominated electronics for more than four decades and research on silicon photonics has progressed significantly, a variety of other semiconductor materials are used in photonics to expand the wavelength range of silicon's operation mainly for optical communication systems operating at 1320 and 1550 nanometer wavelengths. Finding CMOS-compatible materials that extend silicon's optical operation wavelengths that enable new functionalities and leap across the classical domain to quantum regime has therefore become a task of technological need and industrial importance. Graphene, an atomically-thick carbon layer, with exceptional electronic and optical properties proves not only to enhance the performance of silicon devices but is also compatible with CMOS technology. Through the proposed program, we aim to develop two classes of new integrated optoelectronic platforms that will combine silicon photonic crystal structures with graphene for classical applications and their combination with superconducting Niobium Nitride (NbN) for quantum applications. The proposal will address the device physics, engineering design, fabrication, and characterization of such hybrid structures. The existing fabrication facilities at Quantum NanoFab in Waterloo and well-established characterization infrastructure in Majedi's group will be used fully to ensure success of this program. The major outcome of this proposal is to develop optoelectronic devices, mainly optical modulators, switches and detectors, that are beyond silicon photonic's optical operation wavelengths, with better performance metrics in comparison with competing technologies. The developed devices and circuits greatly impact areas of application ranging from optical interconnects and computing processors to biomedical sensors. The hybrid graphene/superconducting devices on silicon photonic crystals is introduced as a new quantum photonic platform integrating single photon devices where photons are individually processed and detected on a single chip, a technological challenge that has not yet been achieved. The wealth of multidisciplinary research, breadth of expertise, and technical capabilities to which HQP will be exposed to; attract talented students and provide a unique environment for innovation.
电子和光子技术已经成为我们日常生活的一部分。它们是从智能手机和计算机到医疗仪器和电信系统等众多应用的无处不在的支柱。将电子学和光子学集成在一个平台上,称为集成光电子学,不仅可以实现更大程度的设备小型化,更高的速度和更好的性能,而且还可以用于量子和纳米技术的新兴应用。 尽管硅和互补金属氧化物半导体(CMOS)技术在电子领域占据主导地位已有四十多年,并且硅光子学的研究也取得了显着进展,但各种其他半导体材料也被用于光子学中,以扩大硅的工作波长范围,主要用于光通信系统在1320和1550纳米波长下工作。因此,寻找CMOS兼容的材料,扩展硅的光学操作波长,使新的功能和跨越经典领域的量子制度的飞跃,已成为一项技术需求和工业重要性的任务。石墨烯是一种原子厚度的碳层,具有特殊的电子和光学特性,不仅可以提高硅器件的性能,而且还与CMOS技术兼容。 通过拟议的计划,我们的目标是开发两类新的集成光电平台,将联合收割机硅光子晶体结构与石墨烯结合用于经典应用,并将其与超导氮化铌(NbN)结合用于量子应用。该提案将解决器件物理,工程设计,制造和表征这种混合结构。位于滑铁卢的Quantum NanoFab现有的制造设施和Majedi集团完善的表征基础设施将被充分利用,以确保该计划的成功。该提案的主要成果是开发光电子器件,主要是光调制器,开关和检测器,这些器件超出了硅光子的光操作波长,与竞争技术相比具有更好的性能指标。所开发的器件和电路极大地影响了从光学互连和计算处理器到生物医学传感器的应用领域。硅光子晶体上的混合石墨烯/超导器件作为一种新的量子光子平台被引入,该平台集成了单光子器件,其中光子在单个芯片上被单独处理和检测,这是一项尚未实现的技术挑战。 多学科研究的财富,专业知识的广度和HQP将接触到的技术能力;吸引有才华的学生,并为创新提供独特的环境。

项目成果

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    RGPIN-2017-04187
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    2021
  • 资助金额:
    $ 2.04万
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    $ 2.04万
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  • 资助金额:
    $ 2.04万
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  • 资助金额:
    $ 2.04万
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  • 资助金额:
    $ 2.04万
  • 项目类别:
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