優于石墨烯的新材料

優于石墨烯的新材料

二維（2d）材料預計將在2028年底由國際半導體技術藍圖（ITRS）加入，其中最著名的是石墨烯。科學家們也在研究其他夢寐以求的材料，包括過渡金屬二茂金屬（TMD），例如二硫化鉬（MoS2），現在一種新的二維材料黑磷被認為能夠解決石墨烯的一些問題。

黑磷沒有石墨烯的缺點-石墨烯沒有帶隙，與硅不相容。與硅的相容性有望促進硅光子學技術的發展。當時，各種晶圓通過光而不是電子傳輸數字信號。明尼蘇達大學的教授莫莉（Mo Li）領導研究小組說：我們首先確認了晶體黑磷光電探測器可以被轉移到硅光子電路中，并且可以像鍺那樣工作，鍺是光電探測器。

磷在自然界中是一種高度反應性的物質——這就是為什么它們被用來做火柴——但是當它在一個精確的溫度下在烤箱中烘烤時，它會變黑，不僅在自然界中穩定，而且會變成一種純晶體形式，可以被剝離到硅基片上。黑磷建立了第一個組件來確認其光路，據說其通信速度為3 Gbps。



高性能光電探測器只需幾層黑磷（紅色部分）就可以感應波導（綠色部分）中的光；它們還可以使用石墨烯（灰色）來調整其性能。

黑磷相對于石墨烯最大的優點是它有能隙，使光更容易被探測到，它的能隙可以通過堆積在硅襯底上的黑磷層的數目來調節，從而可以吸收可見光范圍和紅外范圍的波長進行通信。此外，由于黑磷能隙的存在，它還可以在一定的波長范圍內進行通信。李說：黑磷是一種能將電子信號轉換成光的直接波段半導體，我們的短期目標之一是制造黑磷晶體管，而長期目標是在硅片中實現黑磷激光元件。



研究人員將黑磷集成到硅波導光學干涉儀（沿途的細線）中，以精確測量其光學吸收并檢測其中產生的光電流。

李說，黑磷的可調電位差特性與其他材料的高速性能之間沒有嚴重的權衡問題，這使得材料在這兩種條件下都表現得最好。贊助這項研究的組織包括美國空軍科學研究辦公室和美國國家航空航天局。美國自然科學基金會（NSF）。

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