ثنائي ضوئي من WSe2 يستقبل بيانات الضوء المرئي بسرعة 10 غيغابت/ث
حقق ثنائي ضوئي من WSe2 مدمج مع دليل موجي من نيوبات الليثيوم الرقيقة عرض نطاق مقاسًا يبلغ 1.12 غيغاهرتز واستقبالًا للضوء المرئي حتى 10 غيغابت في الثانية. وبلغت كفاءته الكمية الخارجية 95.6%، لكن التغليف والتصنيع واسع النطاق لم يُثبتا بعد.
استقبل كاشف ضوئي للضوء المرئي مصنوع من ثنائي سيلينيد التنغستن ومدمج مباشرة مع دليل موجي رقيق من نيوبات الليثيوم بيانات بسرعة وصلت إلى 10 غيغابت في الثانية. جمع الجهاز التجريبي وصلة من شبه موصل ثنائي الأبعاد مع منصة فوتونية مخصصة لتوجيه الضوء وتعديله داخل الرقائق.
الخلاصة السريعة
- استخدم الكاشف وصلة p-i-n جانبية من WSe2 على دليل موجي من نيوبات الليثيوم الرقيقة.
- بلغ عرض النطاق المقاس 1.12 غيغاهرتز، بينما وصل استقبال البيانات إلى 10 غيغابت في الثانية.
- عند طول موجي 638 نانومتر، بلغت الاستجابية نحو 492 ملي أمبير لكل واط والكفاءة الكمية الخارجية 95.6%.
- النموذج يستهدف وصلات الضوء المرئي، وليس منتج ربط بصري مكتملًا.
دمج منصتين ماديتين صعبتين
توجه نيوبات الليثيوم الرقيقة الضوء بكفاءة وتدعم تعديلًا بصريًا عالي الأداء، لذلك تجذب اهتمام الفوتونيات المتكاملة. لكن كشف الضوء على المنصة نفسها أصعب، إذ قد يتطلب دمج مواد الكواشف التقليدية عمليات معقدة أو يؤثر في الدليل الموجي.
وضع الفريق ثنائيًا ضوئيًا جانبيًا من WSe2، وهو شبه موصل ثنائي الأبعاد، بجانب دليل الموجة. حددت عملية تطعيم ذاتية المحاذاة المناطق المختلفة وخفضت انتشار الحوامل البطيء واحتجازها. كما هندس الباحثون شواغر السيلينيوم واستخدموا طبقة عازلة من أكسيد الموليبدينوم لتشكيل تلامسات أومية من النوعين n وp.
تجمع النتيجة استجابة قوية للضوء المرئي مع استقبال بيانات على منصة فوتونية، لكن رقم سرعة البيانات الأعلى لا يساوي عرض النطاق المقاس عند 3 ديسيبل.
ماذا تعني القياسات
تفيد الورقة بأن حركة الإلكترونات والثقوب تجاوزت 350 سنتيمترًا مربعًا لكل فولت في الثانية. ساعدت الحركة الأسرع الكاشف على بلوغ عرض نطاق قدره 1.12 غيغاهرتز. وأظهر الباحثون بصورة منفصلة استقبال بيانات بضوء مرئي حتى 10 غيغابت في الثانية، وهو اختبار اتصالات يتأثر بسلسلة الإشارة وطريقة التعديل إضافة إلى الكاشف نفسه.
بلغت الاستجابية نحو 492 ملي أمبير لكل واط عند 638 نانومتر. واقتربت الكفاءة الكمية الخارجية من الواحد الصحيح عند 95.6%، ما يعني أن نسبة كبيرة من الفوتونات الساقطة أسهمت في الشحنة المجموعة ضمن شروط الاختبار.
تأتي الدراسة ضمن مساع أوسع لمعالجة الضوء داخل الرقائق. غطت تقنية جديدة سابقًا رقاقة فوتونية فصلت الأنماط الخفية في ضوء مختلط. نفذ ذلك الجهاز تحويلًا بصريًا، بينما يحول الكاشف الجديد الضوء المرئي الموجه إلى إشارة كهربائية لاستقبال البيانات.
اختبار الواقع
تصف الدراسة جهازًا بحثيًا، لا مرسلًا ومستقبلًا مغلفًا أو عملية جاهزة للإنتاج واسع النطاق. ولا تعني تجربة 10 غيغابت في الثانية أن عرض النطاق صغير الإشارة يبلغ 10 غيغاهرتز. يعتمد أداء النظام على خسائر الاقتران والإلكترونيات والتغليف والاستقرار الحراري. كما يجب إثبات الاعتمادية عبر عدد كبير من الأجهزة والرقائق قبل الاستخدام التجاري.
مجالات الاستخدام المحتملة
قد تخدم فوتونيات الضوء المرئي الاستشعار والشاشات والأنظمة الكمية والوصلات القصيرة التي لا تكون فيها كواشف السيليكون الخيار الأفضل. ويمكن لدمج كاشف ثنائي الأبعاد سريع الاستجابة مع نيوبات الليثيوم أن يقلل الحاجة إلى إخراج الضوء من الرقاقة لتحويله.
ينبغي أن تقيس الاختبارات التالية اختلاف الأداء بين الأجهزة والاستقرار الطويل وحساسية المستقبل والطاقة لكل بت في وصلة مكتملة. كما سيكون إثبات المصفوفات والتصنيع القابل للتوسع خطوة حاسمة. تثبت الدراسة الحالية بنية كاشف قوية ونتيجة استقبال مختبرية عند 10 غيغابت في الثانية، لكنها تترك التغليف والتصنيع عقبتين أساسيتين.
كيانات وموضوعات موثّقة
المصادر والمراجع3 مصادر
المراجع الخارجية المستخدمة لدعم المعلومات الواردة في هذا المقال.
نشر بواسطة
مكتب نيو تقنية – العلوم
فريق تحريري مؤسسي تابع لنيو تقنية
