應《物理學報道》（Physics Reports）編輯Daniel Vanmaekelbergh的邀請，松山湖材料實驗室研究員林生晃團隊于近日在該刊發表長篇綜述文章，重點介紹了二維材料在CMOS兼容和硅光子結構中的混合集成技術，以及這些技術在現代通信技術領域的應用。
綜述文章指出，隨著通信技術的飛速發展，對數據容量、傳輸速度和抗干擾能力的需求日益增長。傳統集成電路正面臨摩爾定律的極限挑戰，電子器件的小型化和高功耗等問題也日益凸顯。在這一背景下，光子技術以其獨特的優勢，展現出在通信信息技術中的巨大潛力。
光子作為信息載體，具有無可比擬的優勢：無靜態質量、幾乎不會產生相互干擾，且能夠通過不同波長的光實現多通道通信，有效提升傳輸效率。硅基光子技術的發展，尤其是硅基光電芯片的創新，為實現片上集成和芯片間光互連信息交換提供了一個新的平臺。然而，硅基光子技術在有源器件的實現上仍然具有一定的局限性。硅的間接帶隙以及缺乏線性光電效應限制了其在探測和調制方面的應用。
為了克服這些限制，將活性材料與硅基光電芯片集成起來顯得尤為重要，二維材料的發現為此提供了新的解決方案。如石墨烯、黑磷等，以其原子級光滑表面、高機械強度、柔韌性以及與CMOS工藝的兼容性，為硅光子微電路光電探測器的混合集成提供了強有力的優勢。這些材料的寬光譜光電響應、低暗電流和高載流子遷移率，為實現高靈敏度和高響應率的光電探測器創造了條件。
文章從二維材料的電子和光學特性分析，到大規模制備策略的探討，再到光探測技術的最新進展，全面概述了片上集成光電探測器和光電集成領域的成果和前景。
綜述指出，硅基光子技術與二維材料的結合，不僅為通信技術的發展提供了新的思路，也為未來的科學研究和技術革新開辟了新的道路。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.physrep.2024.06.001
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