武漢光電國家研究中心二維資料光電集成器件研究綜述,從製作到應用

二維資料具有超高載流子遷移率、較强光-物質相互作用和層間范德華力結合等特性,可與集成光學結合,實現高速、高效和易於加工的光電器件。現時二維資料被廣泛應用於集成平臺的雷射源、光學調製器和光電探測器。此文總結了片上二維資料光學器件的製作手段和應用場景,如圖1所示。

近年來,在光子集成領域,諸如石墨烯(Graphene)、黑磷(BP)和過渡金屬二硫化物(TMDs)等二維資料在工藝加工、光學效能等方面可以滿足未來大規模光子集成回路高速率、低功耗的需求。二維資料具有超高載流子遷移率、較强光-物質相互作用和層間范德華力結合等特性,可與集成光學結合,實現高速、高效和易於加工的光電器件。現時二維資料被廣泛應用於集成平臺的雷射源、光學調製器和光電探測器。

華中科技大學武漢光電國家研究中心的董建績教授和深圳大學張晗教授開展合作研究,對二維資料光電集成器件的重要研究進展進行了系統地梳理和分析,重點討論了石墨烯、TMD、MXene和BP等二維資料在高速光通信中的製備和應用,首先介紹了二維資料的合成、轉移和處理的工藝方法;然後總結了近年來基於二維資料的光源、光調製器和光電探測器在實驗和理論上的先進研究成果;最後討論了基於二維資料光學器件的設計方法、集成手段,分析了當前微納加工技術中面臨的挑戰並對應用前景提出展望。此文總結了片上二維資料光學器件的製作手段和應用場景,如圖1所示。相比於已公開發表的其他類似綜述論文,存在如下研究特色:

圖1.片上二維資料光學器件的製作手段和應用場景

1.系統地總結了二維資料的剝離和生長科技、轉移方法、定型手段等工藝方法,並列出了一些典型案例,以說明如何在實際應用中選擇合適的加工手段。

2.為了滿足未來大容量的資料通信需求,在集成光學領域中討論了基於二維資料的光源、光學調製器和光電探測器這三種片上有源器件的製備手段和相關應用。

3.詳細介紹了各種片上二維資料光學器件的基本原理,主要討論了波導型器件的重要研究成果。

4.總結了各種典型的二維資料光學器件結構,並分析了現有的增强二維資料光-物質作用的光學結構。

相關研究成果近期發表在《Advanced Science》期刊上,董建績教授和張晗教授為通訊作者,博士生程釗和曹睿為第一作者,該工作得到了國家重點研發項目(2018YFB2201901)、國家自然科學基金委(61805090)的支持。

文獻連結:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202003834

[1] Cheng,Z.,Cao,R.,Wei,K.,Yao,Y.,Liu,X.,Kang,J.,Dong,J.,Shi,Z.,Zhang,H.,Zhang,X.,2D Materials Enabled Next-Generation Integrated Optoelectronics: from Fabrication to Applications.Adv. Sci.2021,2003834.https://doi.org/10.1002/advs.202003834

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