Production à l’échelle d’une tranche de dispositifs photoniques à base de graphène – Technoguide

Notre monde a plus que jamais besoin de télécommunications fiables. Cependant, les appareils classiques ont des limites en termes de taille et de coût et, en particulier, de consommation d’énergie – qui est directement liée aux émissions de gaz à effet de serre. Le graphène pourrait changer cela et transformer l’avenir du haut débit. Désormais, les chercheurs de Graphene Flagship ont mis au point une technologie de fabrication à l’échelle de la tranche qui, grâce à des modèles monocristallins de graphène prédéterminés, permet l’intégration dans des tranches de silicium, permettant l’automatisation et ouvrant la voie à une production à grande échelle.

Ce travail, publié dans la revue ACS Nano, est un bel exemple de collaboration favorisée par l’écosystème Graphene Flagship. Il comptait sur la participation de plusieurs institutions partenaires de Graphene Flagship comme le CNIT et l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), en Italie, le Cambridge Graphene Center de l’Université de Cambridge, au Royaume-Uni, et Graphene Flagship Associated Member et spin-off CamGraphIC. En outre, INPHOTEC tiers lié au Graphène Flagship et des chercheurs de l’Institut Tecip en Italie ont fourni la fabrication des circuits intégrés photoniques au graphène. Grâce au package de travail d’intégration à l’échelle Wafer et aux projets de pointe tels que Metrograph, le produit phare du graphène favorise la collaboration entre les universités et les principales industries pour développer des prototypes et des produits de niveau de préparation de haute technologie, jusqu’à ce qu’ils puissent être exploités sur le marché.

La nouvelle technique de fabrication est rendue possible par l’adoption de réseaux de graphène monocristallins. «Traditionnellement, lorsque l’on vise l’intégration à l’échelle d’une tranche, on fait pousser une couche de graphène de la taille d’une tranche, puis on la transfère sur du silicium», explique Camilla Coletti, coordinatrice de Graphene Labs de l’IIT, qui a codirigé l’étude. “Transférer une couche de graphène d’une épaisseur atomique sur des plaquettes tout en conservant son intégrité et sa qualité est un défi”, ajoute-t-elle. «La technique d’ensemencement, de croissance et de transfert des cristaux adoptée dans ce travail garantit un graphène à haute mobilité à l’échelle de la tranche exactement là où c’est nécessaire: un grand avantage pour la fabrication évolutive de dispositifs photoniques tels que les modulateurs», poursuit Coletti.

On estime que d’ici 2023, le monde verra plus de 28 milliards d’appareils connectés, dont la plupart nécessiteront la 5G. Ces exigences exigeantes exigeront de nouvelles technologies. «Le silicium et le germanium seuls ont des limites; cependant, le graphène offre de nombreux avantages», déclare Marco Romagnoli du CNIT, partenaire de Graphene Flagship, tiers lié à INPHOTEC et membre associé CamGraphiC, qui a codirigé l’étude. «Cette méthodologie nous permet d’obtenir plus de 12 000 cristaux de graphène dans une tranche, correspondant à la configuration et à la disposition exactes dont nous avons besoin pour les dispositifs photoniques activés par le graphène», ajoute-t-il. De plus, le processus est compatible avec les systèmes de fabrication automatisés existants, ce qui accélérera son adoption et sa mise en œuvre industrielles.

Dans une autre publication dans Nature Communications, des chercheurs des partenaires de Graphene Flagship CNIT, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), en Italie, Nokia – y compris leurs équipes en Italie et en Allemagne, INPHOTEC tiers lié à Graphene Flagship et des chercheurs de Tecip, ont utilisé cette approche pour démontrer une mise en œuvre pratique: «Nous avons utilisé notre technique pour concevoir des photodétecteurs en graphène à haute vitesse», explique Coletti. «Ensemble, ces progrès accéléreront la mise en œuvre commerciale de dispositifs photoniques à base de graphène», ajoute-t-elle.

Les dispositifs photoniques au graphène offrent plusieurs avantages. Ils absorbent la lumière des ultraviolets à l’infrarouge lointain, ce qui permet des communications ultra-large bande. Les appareils au graphène peuvent avoir une très grande mobilité de porteurs – électrons et trous – permettant une transmission de données qui dépasse les réseaux Ethernet les plus performants, franchissant ainsi la barrière des 100 gigabits par seconde.

Réduire les demandes énergétiques des télécommunications et des datacom est fondamental pour fournir des solutions plus durables. À l’heure actuelle, les technologies de l’information et de la communication sont déjà responsables de près de 4% de toutes les émissions de gaz à effet de serre, comparable à l’empreinte carbone de l’industrie aérienne, qui devrait augmenter à environ 14% d’ici 2040. «Dans le graphène, presque toute l’énergie de la lumière peut être converti en signaux électriques, ce qui réduit considérablement la consommation d’énergie et maximise l’efficacité », ajoute Romagnoli.

Frank Koppens, leader du graphène phare pour la photonique et l’optoélectronique, déclare: «C’est la première fois qu’un graphène de haute qualité est intégré à l’échelle de la tranche. Le travail montre une pertinence directe en révélant des modulateurs d’absorption à haut rendement et à haute vitesse. Ces réalisations impressionnantes rapprochent de très près la commercialisation d’appareils au graphène dans les communications 5G. “

Andrea C. Ferrari, Responsable Science et Technologie du Graphene Flagship et Président de son Management Panel a ajouté: “Ce travail est une étape majeure pour le Graphene Flagship. Une collaboration étroite entre les partenaires académiques et industriels a finalement développé un processus à l’échelle de la tranche pour l’intégration du graphène. La fonderie de graphène n’est plus un objectif lointain, mais elle commence aujourd’hui. “

Source de l’histoire:

Matériaux fournis par Graphene Flagship. Original écrit par Fernando Gomollón-Bel. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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