Högpresterande långvågs grafen/kisel Schottky fotodetektorer för telekommunikation

Sammanfattning 

Den pågående digitaliseringen inom samtliga branscher driver efterfrågan på högre kapacitet i optiska kommunikationsnätverk. Detta medför höga krav på prestanda och kostnad för optiska transceivrar.

Fotodetektorn i den optiska transceivern är en nyckelkomponent för att realisera system som uppfyller prestanda- och kostnadskraven. Befintliga fotodetektorer för telekomvåglängden 1,55 um är dyra eftersom de är baserade på sammansatta III-V halvledare eller Si/Ge SOI. Standard-kisel (Si) har låg kostnad men kan inte användas på grund av otillräcklig absorption vid 1,55 um.

Vår innovation är en ny typ av fotodetektor där Si kombineras med grafen för att uppnå hög absorption vid 1,55 um samtidigt som en låg tillverkningskostnad bibehålls. Vår detektor har betydande fördelar jämfört med befintliga lösningar: 1) 10x lägre kostnad än alternativ baserade på sammansatta halvledare, 2) CMOS-kompatibilitet med kraftigt förbättrad brusprestanda och 3) mer än 10x större detektorarea för en given bandbredd, vilket leder till ökade toleranser och därmed lägre tillverkningskostnad för transceivern.

Projektets mål är att bekräfta den tekniska genomförbarheten av fotodetektorn samt att definiera en specifikation för transceiverprodukten. En TRL-nivå på 3 förväntas nås i slutet av projektet. De huvudsakliga aktiviteterna är tillverkning/karakterisering av detektorn och specifikation av produkten i samarbete med slutkunder. 

Abstract in English

High-Performance Long-Wavelength Graphene/Silicon Schottky Photodetectors for Telecommunication

Summary

The digital transformation across all industries drives the demand for higher capacity in optical communication networks. This places stringent demands on the performance and cost of optical transceivers.

The photodetector in the optical transceiver is a vital element in realizing systems meeting performance and cost requirements. Existing photodetectors for the 1.55 um telecom wavelength are costly since they are based on compound semiconductors or Si/Ge SOI. Standard low-cost Si cannot be used due to inherent low absorption at 1.55 um.

Our innovation is a high-performance photodetector incorporating graphene to enable absorption at 1.55 um in a low-cost Si device. Our detector has significant benefits compared to existing solutions, including 1) 10x lower cost than alternatives based on compound semiconductors, 2) CMOS-compatibility with vastly improved noise performance, and 3) more than 10x larger detector area for a given bandwidth, leading to relaxed alignment tolerances and reduced transceiver manufacturing cost.

The project aims to confirm the technical feasibility of the photodetector and to define a specification of the transceiver product. A TRL of 3 is expected at the end of the project. The main activities are fabrication/characterization of the detector and product specification with end customers.

Utlysning:
Samverkan för kommersiella tillämpningar av grafen – våren 2023

Projektpartners: Gotmic, Chalmers

Projektledare: Rickard Lövblom

Projektform: Genomförbarhetsstudie

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: Augusti 2023 - januari 2024

Relaterade styrkeområden: