晶圆级生产基于石墨烯的光子器件

我们的世界比以往任何时候都更需要可靠的电信。但是，经典设备在大小和成本(尤其是功耗)方面存在局限性，这与温室气体排放量直接相关。石墨烯可以改变这种状况，并改变宽带的未来。现在，石墨烯旗舰公司的研究人员已经设计出了一种晶圆级制造技术，该技术得益于预定的石墨烯单晶模板，可以集成到硅晶圆中，从而实现自动化并为大规模生产铺平了道路。

这项工作发表在著名的ACS Nano杂志上，是石墨烯旗舰生态系统促进合作的一个很好的例子。它依靠意大利的CNIT和Istituto Italiano di Tecnologia(IITituto Italiano di Tecnologia)等几个石墨烯旗舰合作伙伴机构，英国剑桥大学的剑桥石墨烯中心以及石墨烯旗舰关联成员和衍生的CamGraphIC的参与。此外，石墨烯旗舰链接的第三方INPHOTEC和意大利Tecip研究所的研究人员提供了石墨烯光子集成电路制造。通过晶圆级集成工作包和诸如Metrograph之类的Spearhead项目，Graphene Flagship促进了学术界与领先行业之间的合作，以开发具有高科技准备水平的原型和产品，直到它们可以进入市场。

通过采用单晶石墨烯阵列，可以实现新的制造技术。IIT石墨烯实验室的协调员卡米拉·科莱蒂(Camilla Coletti)解释说：“传统上，在瞄准晶圆规模集成时，首先要生长晶圆尺寸的石墨烯层，然后将其转移到硅上。” 她补充说：“在晶片上转移一层原子厚的石墨烯，同时保持其完整性和质量是具有挑战性的。” “这项工作中采用的晶体播种，生长和转移技术确保了晶圆级高迁移率石墨烯正好在需要的地方：对于可调节制造光子器件(如调制器)具有巨大优势，” Coletti继续说道。

据估计，到2023年，全世界将看到超过280亿个互联设备，其中大多数将需要5G。这些具有挑战性的要求将需要新技术。石墨烯旗舰合作伙伴CNIT，链接的第三方INPHOTEC和相关成员CamGraphiC共同领导了这项研究，他说：“仅硅和锗就有局限性;然而，石墨烯具有许多优势。” 他补充说：“这种方法使我们能够在一个晶片中获得超过12.000个石墨烯晶体，与我们需要启用石墨烯的光子器件所需的确切配置和布置相匹配。” 此外，该过程与现有的自动化制造系统兼容，这将加速其工业应用和实施。

在《自然通讯》的另一本出版物中，石墨烯旗舰合作伙伴CNIT，意大利Istituto Italiano di Tecnologia(IIT)的研究人员，诺基亚(包括他们在意大利和德国的团队，与石墨烯旗舰相关的第三方INPHOTEC和Tecip的研究人员)使用了这种方法。为了演示一种实际的实现：“我们使用我们的技术来设计高速石墨烯光电探测器，” Coletti说。她补充说：“这些进展将共同加速基于石墨烯的光子器件的商业实现。”

启用石墨烯的光子器件具有多个优点。它们吸收从紫外线到远红外的光-这允许进行超宽带通信。石墨烯设备可以具有极高的载流子(电子和空穴)迁移率，从而实现了超越性能最佳的以太网络的数据传输，突破了每秒100吉比特的障碍。

减少电信和数据通信的能源需求对于提供更可持续的解决方案至关重要。目前，信息和通信技术已经占所有温室气体排放量的近4%，与航空业的碳足迹相当，预计到2040年将增加到约14%。“在石墨烯中，几乎所有光能都可以将其转换为电信号，从而大大降低了功耗并最大化了效率。” Romagnoli补充说。

石墨烯光子学和光电子学的旗舰主管Frank Koppens说：“这是将高质量的石墨烯首次集成到晶圆规模上。这项工作通过揭示高产量和高速吸收的调制器而表现出直接的相关性。这些令人瞩目的成就使石墨烯设备的商业化非常接近5G通信。”

石墨烯旗舰产品的科学技术官兼管理小组主席Andrea C. Ferrari补充说：“这项工作是石墨烯旗舰产品的一个重要里程碑。学术界和工业界合作伙伴之间的密切合作最终开发了一种晶圆级工艺，用于石墨烯集成。石墨烯铸造厂不再是遥不可及的目标，而是从今天开始。”