Vom Beweis, dass sich das Material grundsätzlich dafür eignet bis zur Verwendung im Chip war es ein weiter Weg – doch nun ist es tatsächlich gelungen, einen Graphen-Photodetektor in einen Chip einzubauen. Neben dem Team der TU Wien war auch die Johannes Kepler Universität Linz an dem Projekt beteiligt.
„Ein dünner Lichtwellenleiter mit einem Querschnitt von etwa 200 mal 500 Nanometern leitet das optische Signal auf dem Silizium-Chip zu einer Graphen-Schicht. Diese wandelt das Licht in ein elektrisches Signal um, das dann direkt im Chip weiterverarbeitet werden kann“, erklärt Thomas Müller.
Vielseitig und kompakt
Es gab bereits Versuche, Photodetektoren aus anderen Materialien – etwa Germanium – direkt in Chips zu integrieren. Allerdings können diese Materialien nur Licht eines engen Wellenlängenbereiches verarbeiten. Wie das Forschungsteam zeigen konnte, kommt Graphen mit allen Licht-Wellenlängen, die heute in der Datenübertragung verwendet werden, gleichermaßen zurecht.
Der Graphen-Photodetektor ist nicht nur extrem schnell, er kann auch extrem kompakt gebaut werden. Auf einem Chip von einem Quadratzentimeter lassen sich 20.000 solcher Detektoren unterbringen – damit könnte man den Chip theoretisch über 20.000 verschiedene Informationskanäle mit Daten versorgen.
Mehr Geschwindigkeit, weniger Stromverbrauch
„Wichtig sind solche Technologien nicht nur für die Übermittlung von Daten über weite Strecken. Auch innerhalb von Computern gewinnt optische Datenübertragung an Bedeutung“, erklärt Thomas Müller. Wenn Großrechner mit vielen Prozessorkernen gleichzeitig arbeiten, muss viel Information zwischen diesen Kernen ausgetauscht werden. Wenn man mit Graphen ultraschnell zwischen elektrischem Strom und Licht wechseln kann, dann lassen sich diese Daten optisch übertagen. Das bringt mehr Geschwindigkeit und senkt den Energiebedarf.
(CS mit Informationsmaterial der Technische Universität Wien)
