石墨烯-硅光电子器件研究进展

来源：欧得旅游网

ＤＯＩ：１０．１３８７８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｎｕｉｓｔ．２０１７．０２．００４

饶岚１　李灯熬２　王任凡３　罗彪３

石墨烯⁃硅光电子器件研究进展

０　引言

　　随着“互联网＋”的发展，人们对信息容量、处理速度、传输速率、能耗及成本提出了更高的要求．结合硅基微电子高密度集成、工艺成熟、价格低廉和光电子的带宽高、传输快和抗干扰等优势的硅基光电子学成为了业界普遍认可的最有潜力的方案之一．２０世纪８０年代，Ｓｏｒｅｆ等［１⁃３］首先开展了硅基光电子器件的研究．近年来，国内外硅基光电子器件与集成取得了突破性进展．２００２年加州大学洛杉矶分校的Ｊａｌａｌｉ课题组首次提出了基于拉曼效应实现硅基激光器和光放大器［４］，２００４年该课题组首次实现了硅基拉曼激光器［５］，２００５年实现了可调硅基拉曼激光器［６］．２００４年，Ｉｎｔｅｌ公司在《Ｎａｔｕｒｅ》杂志上报道了调制带宽超过１ＧＨｚ的硅基调制器［７］；２００７年硅基光调制器的３ｄＢ调制带宽提高到了３０ＧＨｚ［８］，达到了商业Ⅲ⁃Ⅴ族和铌酸锂外调制器的水平．同年，美国Ｌｕｘｔｅｒａ公司展示了第一块基于１３０ｎｍＣＭＯＳ制作工艺的单片集成超高速ＣＭＯＳ光子收发模块，传输速率为４０Ｇｂ／ｓ［９］．２０１２年，ＩＢＭ基于９０ｎｍＣＭＯＳ集成纳米光子技术，第一次真正ＩＢＭ公司［１１］、ＩＭＥＣ公司［１２］、加州大学伯克利分校［１３］、中国科学院半导体研究所［１４⁃１６］、北京大学［１７］等单位多方面对硅基光电子器件开展了研究，均获得了突破性进展．

石墨烯作为一种二维原子晶体薄膜材料，具有卓越的电子、热和２００７年Ｇｅｉｍ等［１８］曾指出石墨烯作为一种全新的材料，将突破硅材料的成为未来的发展方向，也是光电子领域中未来发展方向之一．与硅相比，石墨烯具有超高的载流子迁移率和热导率，与传统的半导体材料相比，石墨烯具有很高的光学损伤阈值和非线性系数，且温

收稿日期２０１７⁃０１⁃２４

资助项目国家自然科学基金（６１６０４０１５）；国家高技术研究发展计划（２０１５ＡＡ０１６９０１）作者简介

饶岚，女，博士，讲师，主要从事通信光电子材料、器件与集成技术方面的研究．ｒａｏｌａｎ＠ｂｕｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

１北京邮电大学电子工程学院，北京，１００８７６２太原理工大学信息工程学院，太原，０３００２４３武汉电信器件有限公司，武汉，４３００７４

摘要

本文综述了石墨烯⁃硅光电子器件的研究进展．随着科技的发展，人们对信息容量、传输速度、处理速度、能耗及成本提出了更高的要求．基于石墨烯特有的光学特性和电学特性，自发现以来备受关注．近年来，随着低成本、高速和高密度集成的硅基光电子技术的蓬勃发展，石墨烯⁃硅基光电子器件的研究迅速地成为了研究的热点，并取得了突破性进展．石墨烯⁃硅基光电子器件相比于传统的硅基光电子器件具有低功耗、温漂小、大带宽、带隙可控等优势．本文从调制器、探测器、偏振控制器等几个方面详细介绍了石墨烯⁃硅基光电子器件的发展现状．关键词

石墨烯；光调制器；光电探测器；光电子器件；光互联中图分类号Ｏ４３６文献标志码Ａ

意义上实现了单片光电集成的２５Ｇｂ／ｓＷＤＭ光通信系统［１０］．近年来，

光学特性，自被发现以来，石墨烯器件的研究迅速地成为了研究热点．

度不敏感．石墨烯独特的光学特性［１９］，如具有线性色散，可以在很宽的频率范围内实现光吸收，可被应用于很大的带宽范围内，如可调微波［２０］、太赫兹［２１］和光子器件［１９］．石墨烯在狄拉克点的载流子态密度很低，因而可以通过很低的电压来调节费米能级［１８］，实现低功耗．石墨烯只有一个原子层的厚度，单层石墨烯能在从太赫兹到可见光频段这样一个很宽的光谱范围内与光波进行有效的相互作用，因而，石墨烯自２００４年被发现以来迅速成为了光电子学领域的研究热点．近几年，由于石墨烯的特殊光学性质，石墨烯基光电子器件也取得了一

　　　　．２００９年，美国ＩＢＭ公司的Ｘｉａ等［２２］利用石定的成果

墨烯实现了４０ＧＨｚ的超快的光探测，仿真研究结果表明石墨烯探测器的本征带宽可高达５００ＧＨｚ．２００９年，Ｂａｏ等［２３］报道了基于石墨烯饱和吸收体的超快脉冲激光器，在通信波段中，基于锁模激光器结构产生了７５６ｆｓ的超短光孤子脉冲．２０１１年，Ｌｉｕ等［２４］首次制备出了基于石墨烯的超宽带光调制器，在１􀆰３５～１􀆰６器的宽带调制可行性．２０１２年，Ｃｈｅｎ等［２５］和Ｆｅｉ等［２６］μｍ范围内实现１ＧＨｚ光调制，证明了石墨烯光调制分别在《Ｎａｔｕｒｅ》杂志上报道了石墨烯表面等离子体激元的发现，进一步促进了石墨烯光电器件的发展．基于石墨烯内部结构特征，石墨烯⁃硅基光电子器件与ＣＭＯＳ工艺相兼容，易于实现器件的集成．２０１２年，Ｂａｏ等［２７］首次提出了基于石墨烯的宽带光通信系统回路芯片的设想，将石墨烯光子器件集成到硅基平台上，实现了高速宽带的光调制、放大和探测．

近年来，石墨烯与多种材料相结合，被广泛应用于光电子器件、表面等离子体、光伏和显示器件中．由于石墨烯与硅基光电子器件的ＣＭＯＳ工艺相兼容，因而石墨烯⁃硅混合光电器件也是石墨烯研究的一个重要研究分支．本文将回顾近年来石墨烯⁃硅基光电子器件的发展现状，重点介绍调制器、探测器的发展，对其他方面，如偏振控制器、相移器等方面也进行了简单的回顾．

ＲＡＯＬａｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．

饶岚，等．石墨烯⁃硅光电子器件研究进展．

图１　石墨烯⁃硅波导集成光调制器结构示意［２４］

Ｆｉｇ􀆰１　Ａｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｂａｓｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅ⁃

ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒ

１　调制器

光调制器是将信号加载到光上，从而改变光信号特征的一种器件．调制器的调制带宽和调制速率是衡量调制器性能的重要指标．基于石墨烯特有的能带结构，在通信波段，通过对石墨烯费米能级的调节可以实现光调制．２０１１年美国加州大学伯克利分校Ｌｉｕ等［２４］首次证明了基于石墨烯的波导集成光调制器可行性，实现了石墨烯⁃硅光调制的突破．研究小组将化学气相沉积法生长的单层石墨烯转移到硅基条形波导上，结构示意如图１所示（图１ａ为器件的三维结构示意，图１ｂ为有限元仿真的截面光场）．测试结果表明，石墨烯调制器能在１􀆰３５～１􀆰６μｍ超宽带范围内实现光调制．

２０１２年，Ｋｏｅｓｔｅｒ等［２８］研究了双层石墨烯光调

ｇｒａｐｈｅｎｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｎａｗａｖｅｇｕｉｄｅ

Ｆｉｇ􀆰２　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｄｕａｌ⁃ｌａｙｅｒ

图２　双层石墨烯调制器的结构示意［２８］

过１２０ＧＨｚ，但是调制深度仅仅为０􀆰０５ｄＢ／μｍ．

墨烯调制实验．双层石墨烯调制器的结构和制作过程如图３所示．图３ａ和３ｂ分别为器件的结构截面示意和三维示意．图３ｃ—３ｆ为双层石墨烯器件的制作过程．实验中的双层石墨烯调制器，采用商用的ＳＯＩｗａｆｅｒ，在宽４００ｎｍ、高３４０ｎｍ硅基波导上制作了双层石墨烯，双层石墨烯填充了一个氧化层Ａｌ２Ｏ３．首先通过原子层沉积技术在硅波导上镀有一层５ｎｍ厚的Ａｌ２Ｏ３用以隔离载流子；然后转移下层石墨烯，采用Ｅ⁃ｂｅａｍ的方法刻蚀出有源区图形；在刻蚀后的石墨烯上用沉积法生长一层１２ｎｍ高介电常数材料ｂｅａｍ刻蚀出与下层一致的有源区图形．实验结果表明，双层结构能有效地提高石墨烯和光的相互作用．石墨烯⁃硅基调制器具有较高的调制深度，可以达到Ａｌ２Ｏ３；再用机械的方法转移上层的石墨烯，并用Ｅ⁃

２０１２年Ｌｉｕ等［２９］首次在实验室进行了双层石

制器，其中下层的石墨烯被作为可调的吸收体，上层石墨烯作为一个透明的电极，两层石墨烯之间采用绝缘层进行隔离．设计的波导结构如图２所示．仿真研究结果表明，在１􀆰５５μｍ附近的３ｄＢ调制带宽超

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１７，９（２）：１３７⁃１５０

１３９

Ｆｉｇ􀆰３　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｔｈｅｄｏｕｂｌｅｌａｙｅｒｇｒａｐｈｅｎｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ

图３　双层石墨烯调制器的结构和制作过程［２９］

０􀆰１６ｄＢ／μｍ．

光波导上加入了双层石墨烯，实现了电吸收调制器，其性能超过了当时的ＧｅＳｉ调制器和以前石墨烯基的吸收调制器，且可以和ＭＺ结构调制器持平．

２０１４年电子科技大学的Ｙｅ等［３２］将四层石墨烯

虽然双层石墨烯能有效地提高石墨烯⁃硅调制

器的调制深度，但为了进一步提高石墨烯与光的相互作用，２０１１年韩国三星尖端技术研究所的Ｋｉｍ等［３０］提出了双能层石墨烯脊型波导结构石墨烯光调制器（如图４ａ所以）和双层石墨烯掩埋结构的石墨烯光调制器（如图４ｂ所示）．两种调制器所采用的双层石墨烯，其中间采用７ｎｍ厚的ｈＢＮ作为填充．将双层石墨烯置于硅基光波导的中间，仿真结果表明，采用双层石墨烯结构能在保证调制速率的前提下，有效地提高石墨烯与光的相互作用．

２０１４年Ｍｏｈｓｉｎ等［３１］实现了插损为３􀆰３ｄＢ的石

嵌入到基于ＳＯＩ波导中实现条形光调制器，进一步提高了石墨烯和光的相互作用．如图６所示，该设计的特别之处在于，四层石墨烯不是均匀分布的，而是采用了两个ＧＯＧ（Ｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｏｎ⁃Ｇｒａｐｈｅｎｅ）结构，其中ＧＯＧ结构是由两层石墨烯与三层介质先组成，其结构设计如图６ｂ所示．将石墨烯设计为电极，从而减少了金属⁃石墨烯接触电阻的５０％．仿真研究结果表明，为了使得光耦合效率最高，需要对每一层ＧＯＧ的位置进行优化．通过优化后，电吸收光调制器的有源区长度仅仅为５μｍ，就可以实现消光比３４ｄＢ、调制带宽１００ＧＨｚ、功耗１７􀆰６ｂｉｔ／ｓ，且该调制器偏振不敏感．

墨烯⁃硅电吸收调制器，其在１５５０ｎｍ附近的调制深度可以达到１６ｄＢ，结构示意如图５所示．器件的两端采用了锥形的光栅耦合方式，大大地提高了光的耦合效率．调制器在条宽５２０ｎｍ、高２２０ｎｍ的ＳＯＩ

Ｆｉｇ􀆰４　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｇａｔｅｄｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒ

图４　石墨烯光调制器结构［３０］

ＲＡＯＬａｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．

饶岚，等．石墨烯⁃硅光电子器件研究进展．

和超低的功耗（每比特调制开关的功率在几飞焦（ｆＪ）量级），是实现低功耗光调制的一种有效的方法．２０１４年浙江大学Ｄｕ等［３４］提出了一种石墨烯嵌入式的微环光调制器，将夹在双层Ａｌ２Ｏ３的石墨烯７ｂ，插图为波导结构）．模拟结果表明，嵌入式的石墨烯⁃硅基环形调制器具有很强的谐振峰值波长调谐能力，可以实现１􀆰０８ｎｍ／Ｖ，且调制器的工作带宽高达１４９ＧＨｚ，消光比２２􀆰１３ｄＢ．此外还具有一定的抗温漂能力．

另外，将石墨烯引入到传统硅基马赫曾德调制器中，可以有效地减小调制器的偏置电压和减小器件的尺寸．２０１３年浙江大学Ｙａｎｇ等［３５］研究了石墨烯⁃硅基马赫曾德光调制器．通过对波导结构的优化，

图５　器件的俯视图（左），双层石墨烯⁃硅光调制器的Ｆｉｇ􀆰５　Ｔｏｐｖｉｅｗｏｆｄｅｖｉｃｅ，ｌｉｇｈｔｗａｓｃｏｕｐｌｅｄｕｓｉｎｇｇｒａｔｉｎｇｃｏｕｐｌｅｒｓ（ｌｅｆｔ）；ｉｓｏｍｅｔｒｉｃｖｉｅｗｏｆｄｅｖｉｃｅｓｈｏｗｉｎｇｇｒａｐｈｅｎｅｌａｙｅｒｏｎｔｏｐｏｆＳｉｗａｖｅｇｕｉｄｅ（ｔｏｐｒｉｇｈｔ）；ｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎａｌｖｉｅｗｏｆｄｅｖｉｃｅｗｉｔｈｇｒａｐｈｅｎｅｌａｙｅｒｓｓｅｐａｒａｔｅｄｂｙ９４ｎｍ

ａｌｕｍｉｎｕｍｏｘｉｄｅ（ｂｏｔｔｏｍｒｉｇｈｔ）

三维结构示意（右上），波导结构示意（右下）［３１］

置于宽４００ｎｍ、高２００ｎｍ的硅基光波导中（如图

实现了低啁啾、高消光比的石墨烯⁃硅光调制器．在外０􀆰０５，可以实现无啁啾的ＭＺ调制，且调制电压仅为１Ｖ，消光比可达３４􀆰７ｄＢ，最小啁啾参数为－０􀆰００６，插入损耗约为－１􀆰３７ｄＢ，该器件的结构如图８所示．在上述研究的基础上，浙江大学Ｈａｏ等［３６］和Ｄｕ等［３７］分别对石墨烯⁃硅基ＭＺ调制器进行了进一步的优化．优化结果表明，多层石墨烯结构能有效地提高波导结构电致折射率．Ｈａｏ等［３６］提出将８层石墨烯嵌入到波导中，调制效率为２０Ｖ·μｍ，消光比为３５ｄＢ，且器件的尺寸为４μｍ×３０μｍ．因此石墨烯嵌入式ＭＺ调制器是实现超密度集的有效方案之一．Ｄｕ等［３７］采用４层石墨烯掩埋型光波导结构，臂长为１６􀆰５μｍ的ＺＭ调制器，实现低能耗（８ｆＪ／ｂｉｔ）、高消光比（３１􀆰８ｄＢ）以及低的工作电压（＜１Ｖ），而且４００Ｋ变化时，调制性能仍然保持稳定．

当工作在１５２０～１５８０ｎｍ波长范围内，温度从３００～加电压的情况下，石墨烯有效折射率的变化可达

　　硅基微环调制器和硅基马赫曾德调制器结构中，引入二维材料石墨烯，也可以实现器件性能的提升．近年来，基于石墨烯辅助型硅基微环调制器，人们开展了广泛的研究，结构如图７所示．２０１２年Ｍｉｄｒｉｏ等

［３３］

首先将石墨烯应用于环形结构调制器

中，设计了石墨烯辅助型硅基微环光调制器．在硅基微环顶层部分中加入了双层石墨烯（图７ａ），其中插图为波导结构．理论模拟仿真结果表明，石墨烯⁃硅基微环结构的调制器具有超低的工作电压（低于１􀆰２Ｖ）

Ｆｉｇ􀆰６　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｕｒ⁃ｌａｙｅｒｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒ

图６　四层石墨烯⁃硅基光调制器结构［３２］

１４１

Ｆｉｇ􀆰７　Ｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ａｓｓｉｓｔｅｄｏｐｔｉｃａｌｒｉｎｇｍｏｄｕｌａｔｏｒ

图７　石墨烯辅助型硅基微环光调制器结构

Ｆｉｇ􀆰８　ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭａｃｈ⁃Ｚｅｈｎｄｅｒｍｏｄｕｌａｔｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

图８　马赫曾德调制器的结构示意［３５］

　　除了上述采用多层石墨烯结构改善调制器性能以外，国内外研究机构还对基于石墨烯的其他结构和机理方面进行有益的探索．２０１４年，浙江大学Ｙａｎｇ等［３８］提出了只有１５ｎｍ的超紧凑、低功耗的电３ｄＢ消光比条件下调制电压为０􀆰８Ｖ，插入损耗约为－０􀆰２７ｄＢ，器件的尺寸只有０􀆰０１μｍ２．

一种基于量子Ｚｅｎｏ效应的超快石墨烯电光调制器，平衡了速度和效率的对立关系，通过将石墨烯集成到低温等离子体增强化学沉积方法（低温ＰＥＣＶＤ氮化硅）氮化硅环形谐振腔上．器件的设计如图１０所１５５０ｎｍ单模传输．采用了双层的石墨烯，中间间隔为ＡＬＤＡｌ．硅材料具有导电能力，而氮化硅是不导电的，因而，该器件小信号ＲＦ带宽为３０ＧＨｚ．当进一步改进其接触电阻时，器件的速率有望达到１５０ＧＨｚ．

２０１５年Ｄａｓ等［４０］提出了一种等离子体加强的示．波导设计为１μｍ宽、３００ｎｍ厚，来实现ＴＥ模的

图９　基于超材料的调制器结构（光能量从左端输入，在超材料介质（石墨烯层和硅层）中被压缩和隧穿，Ｆｉｇ􀆰９　Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ􀆳ｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｏｇｅｔｈｅｒ

ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ

然后从右端口输出）［３８］

光调制器（图９），通过ＦＤＴＤ仿真模拟，结果表明在

２０１５年康奈尔大学的Ｐｈａｒｅ等［３９］首次展示了

合的强弱，从而有效地提高电吸收效率．

在石墨烯⁃硅基光调制器的集成方面，ＩＭＥＣ（微电子研究中心）进行了深入的研究．２０１２年，Ｂａｏ

电光调制器结构（如图１１所示）．将石墨烯作为调谐等离子体来调整光场和ＩＴＯ等离子结构之间相互耦

ＲＡＯＬａｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．

饶岚，等．石墨烯⁃硅光电子器件研究进展．

Ｆｉｇ􀆰１０　Ｄｅｖｉｃｅｄｅｓｉｇｎ

图１０　器件设计［３９］

ＩＭＥＣ的Ｈｕ等［４１］首次在实验室展示了１０Ｇｂ／ｓ的集成型石墨烯⁃硅电光调制器，在１５５０ｎｍ波段该调制器调制带宽可达８０ｎｍ，且性能可以与当时性能最好的锗⁃硅调制器媲美，从而展现出其在未来芯片级光互联中的应用前景．２０１６年Ｈｕ等［４２］理论分析和实验展示了１０Ｇｂ／ｓ的石墨烯⁃硅电吸收调制器．该调制器的结构框图如图１２所示．实验所用器件及测试结果如图１３和图１４所示．实验结果表明，在１５８０ｎｍ处有最低的插入损耗３􀆰８ｄＢ，最低的驱动电压仅为２􀆰５Ｖ，在５０μｍ长的混合石墨烯⁃硅基器件上实

Ｆｉｇ􀆰１１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｈｙｂｒｉｄｐｌａｓｍｏｎｉｃｗａｖｅｇｕｉｄｅ

图１１　混合等离子波导结构［４０］

现了温度的不敏感．理论分析与实验结果有较好的一致性，从而可以看出石墨烯⁃硅基调制器具有良好的发展前景．

石墨烯⁃硅光调制器还被应用于相位调制．２０１７年成都电子科技大学的Ｙｅ等［４３］实现了石墨烯⁃硅波导高速光相位调制器．他们将中间带有介质层的

等［２７］首次提出了基于石墨烯的宽带光通信系统回路芯片的设想，将石墨烯光子器件集成到硅基平台上，实现了高速宽带的光调制、放大和探测．２０１４年，

图１２　基于ＳＯＩ的单层石墨烯电吸收调制器的３Ｄ结构以及石墨烯ＥＡＭ的截面［４２］Ｆｉｇ􀆰１２　３Ｄｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆａｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｇｒａｐｈｅｎｅｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｏｄｕｌａｔｏｒ（ＥＡＭ）

ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｎＳＯＩｐｌａｔｆｏｒｍ；ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅＥＡＭ

１４３

Ｆｉｇ􀆰１３　（ａ）ＯｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｇｒａｐｈｅｎｅＥＡＭｓｗｉｔｈＴＭｇｒａｔｉｎｇｃｏｕｐｌｅｒｓｆｏｒｆｉｂｅｒ⁃ｔｏ⁃ｃｈｉｐｏｐｔｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ，（ｂ）ｔｏｐ⁃ｖｉｅｗａｎｄ（ｃ）ｔｉｌｔｅｄ⁃ｖｉｅｗＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｆａｂｒｉｃａｔｅｄｄｅｖｉｃｅｓ

图１３　石墨烯ＥＡＭ的光学图像（ａ），顶视图（ｂ）及器件的ＳＥＭ图像［４２］（ｃ）

图１４　石墨烯⁃硅调制器在波长从１５３０～１５６５ｎｍ范围内的１０Ｇｂ／ｓ的调制眼图［４２］

Ｆｉｇ􀆰１４　Ｏｐｔｉｃａｌｅｙｅｄｉａｇｒａｍｓｍｅａｓｕｒｅｄａｔ１０Ｇｂ／ｓｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｆｏｒｔｈｅ

ｇｒａｐｈｅｎｅＥＡＭｄｅｖｉｃｅｆｏｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｉｎｒａｎｇｅ１５３０－１５６５ｎｍ

双层石墨烯嵌入到硅基波导中，来加强硅基波导与光的相互作用，采用石墨烯叉状结构，使得波导中的ＴＥ模的折射率变化具有更大的准线性动态范围，从而成为理想的相位调制器结构．器件的结构如图１５所示．基于上述结构，在７５􀆰６μｍ长的石墨烯⁃硅波导结构中可以实现相位π的变化．仿真结果表明，光相位调制的３ｄＢ带宽可以高达１１９􀆰５ＧＨｚ，而功耗仅仅为０􀆰４５２ｐＪ／ｂｉｔ．

后转换成电流时具有很宽的光谱带宽和快速响应时间．石墨烯在超快光探测领域［４４］也是一种具有吸引力的材料．２００４年Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ等［４５］首次提出了基于石墨烯的光电探测器．Ｆｒｅｉｔａｇ等［４６］讨论了石墨烯光电探测器的光电流产生的主要机制：光生电流、热辐射效应以及光⁃热电效应．光生电效应需要有器件的内建电场，与不同工作机理的金属接触，多栅感应电位；或者是空间不均匀的内掺杂．热辐射效应，主要工作在偏压器件中，产生等电磁场辐射增加了器件的局部温度导致电阻的变化，从而使直流电流变化．另一方面，光热电效应，是由于两种不同材料的赛贝克系数不同，使得光照射时在界面处产生温度梯度．当分析这些光电流器件时，热电效应比热辐射效应

２　探测器

石墨烯⁃硅波导光电器件的一个重要应用领域是光探测器．由于石墨烯具有超快的载流子迁移率、零带隙以及超宽的吸收谱，因而，当光入射到石墨烯

ＲＡＯＬａｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．

饶岚，等．石墨烯⁃硅光电子器件研究进展．

Ｆｉｇ􀆰１５　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐｈａｓｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ

图１５　光相位调制器的结构示意［４３］

和光生电流效应要小一个数量级．从这个角度来看，在非偏压石墨烯探测器中的电流是光生电效应占主导地位，而在有偏压的光电探测器中，热辐射效应和光生电流效应同时存在．下面阐述石墨烯⁃硅光探测器的研究进展．

２００９年ＩＢＭ公司的Ｘｉａ等［４７］首次利用石墨烯

附近的频率响应带宽为１６ＧＨｚ，器件的外分子效率为６􀆰１ｍＡ／Ｗ．器件采用非对称的金属电极，由于这些电极的掺杂水平不同，从而使得器件在不同偏压条件下产生的电流进行相加，导致光电流加强．２０１０年ＩＢＭ公司的Ｍｕｅｌｌｅｒ等［４８］首次将石墨烯光探测器在１􀆰５５μｍ波段１０Ｇｂ／ｓ的光数据链路中，实现了无误码传输，同时还在其他波段也实现了光探测．虽然前期的研究中，石墨烯光探测器具有很好的光响应速度，但是响应效率相对较低．如图１７所示的探测器采用了双层石墨烯，探测器有源区面积为６μｍ×６μｍ．采用非对称的金属结构来破坏传统石墨烯ＦＥＴ中的内建电场的镜像对称，产生更加高效的光探测．在１􀆰５５μｍ附近，最大的外光子响应度为６􀆰１ｍＡ／Ｗ，比传统结构的响应度提高了１５倍．

实现了光探测，器件的ＳＥＭ照片如图１６ａ所示，器件中石墨烯的通道６２０ｎｍ宽、１􀆰４５μｍ长．当光照射到ｐｎ结时，光响应度为０􀆰００１Ａ／Ｗ，电流的最小栅偏压为３０Ｖ．随后，Ｘｉａ等［２２］又提出了超快石墨烯探测器，实验证明石墨烯ＦＥＴ探测器在１５５０ｎｍ附近可以实现高达４０ＧＨｚ的强度探测，基于石墨烯⁃ＦＥＴ的探测器的本征带宽可高达５００ＧＨｚ，器件的ＳＥＭ照片如图１６ｂ所示．

在光通信中用石墨烯作为探测器，最早的工作团队之一Ｍｕｅｌｌｅｒ等首先展示了基于石墨烯的光电探测器具有超宽的响应带宽（５１４～２４００ｎｍ）．但是由于受到器件的ＲＣ时间常数的，在１５５０ｎｍ

针对提高石墨烯光探测器的灵敏度还提出了很

多方法．一种是加入了等离子纳米结构．２０１１年Ｅｃｈｔｅｒｍｅｙｅｒ等［４９］用金／钛等离子纳米结构合并到光电探测器的电接触，可以将入射光转换为等离子共

图１６　石墨烯探测器的ＳＥＭ图片［４７］（ａ），高带宽的石墨烯探测器的ＳＥＭ和光学图片（ｂ）（红点表征１􀆰５５μｍ的入射光［２２］）

ｈｉｇｈ⁃ｂａｎｄｗｉｄｔｈｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｔｈｅｒｅｄｓｐｏｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｃｅ１􀆰５５μｍｌｉｇｈｔＦｉｇ􀆰１６　（ａ）ＳＥＭｏｆｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；（ｂ）ＳＥＭａｎｄｏｐｔｉｃａｌ（ｉｎｓｅｔ）ｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅ

１４５

ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｍｅｔａｌｃｏｎｔａｃｔｓ．Ｍａｉｎｐａｎｅｌ：３ＤｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅＭＧＭｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ；ｂｏｔｔｏｍｒｉｇｈｔ：ＳＥＭｏｆｔｈｅＭＧＭｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ．

Ｆｉｇ􀆰１７　Ｍｅｔａ⁃ｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｍｅｔａｌ（ＭＧＭ）ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｗｉｔｈ

图１７　金属⁃石墨烯⁃金属非对称结构的光探测器

［４８］

Ｆｉｇ􀆰１９　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆａｇｒａｐｈｅｎｅｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ

图１９　石墨烯微腔光探测器的结构［５０］

另一种加强光电响应的方法是采用集成波导结构．石墨烯被放到了波导到的ｃｌａｄｄｉｎｇ区域，在几何结构中，类似于一个波导集成电吸收调制器，如图２０所示．Ｐｏｓｐｉｓｃｈｉｌ等［５１］研制了硅波导集成石墨烯光探测器．该器件结构类似于Ｌｉｕ等［２９］所提出的光调制器，只是电极的安排不同，如图２０ａ所示．另外，该器件的提出，有利于实现探测器和调制器的集成，为片上光互联提供了一种有效的技术方案，研究结果表明在１５５０ｎｍ波段响应度为５０ｍＡ／Ｗ，１８ＧＨｚ的频率响应以及工作的波长从１３１０～１６５０ｎｍ．Ｇａｎ等［５２］采用波导集成石墨烯探测器（图２０ｂ），可以实现高的响应度、高速和宽的带宽．研究结果表明，其在１４５０～１５９０ｎｍ范围内有近似一致的响应度，且超过１００ｍＡ／Ｗ．在零偏压情况下，器件的响应速度超过２０ＧＨｚ．近期的Ｓｃｈａｌｌ等［５３］研制的基于脊形硅基波导的石墨烯光电探测器在１５５０ｎｍ附近能实现响应度７ｍＡ／Ｗ，频率响应带宽高达４１ＧＨｚ．

北京科技大学Ｚｈａｎｇ等［５４］通过石墨烯的能带工程来产生新的能带结构，形成电子捕获中心来提

振态，增加器件的效率从而提高了器件的响应度．如图１８所示，采用等离子纳米结构后，相比于与未采用这种结构的光电探测器效率提高了２０倍．实验结果表明，该器件的响应度在５１４ｎｍ时可为１１ｍＡ／Ｗ．

图１８　基于等离子体纳米结构的石墨烯器件的ＳＥＭ图片［４９］

Ｆｉｇ􀆰１８　ＳＥＭｏｆｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅｄｅｖｉｃｅｓ

ｗｉｔｈｐｌａｓｍｏｎｉｃｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ

高探测器的响应度．通过人工制作石墨烯量子点阵列结构，利用该方法，实现了响应度的３个数量级的提升，使得光响应度达到了８􀆰６１Ａ／Ｗ，且具有很宽的响应带宽．具有ＧＱＤ阵列的探测器结构如图２１所示．

到目前为止，基于石墨烯双层的异质结结构光电探测器获得了最大１Ａ／Ｗ响应度．该器件的双层石墨烯被隧道结分开，如图２２所示．在光照条件下，在上层光激发的热载流子能够隧穿到下一层，导致在栅极上产生电荷分布，很强的光栅极效应与通道的电导率导致了很大的响应度［５５］．

由于单层石墨烯的吸收效率仅仅为２􀆰３％，为提高光吸收效率，Ｆｕｒｃｈｉ等［５０］提出了微腔集成石墨烯光电探测器．该探测器在Ｆ⁃Ｐ微腔中集成了单层石６０％，从而使得微腔光探测器在８６５ｎｍ的响应度为２１ｍＡ／Ｗ，微腔结构的光探测器的结构如图１９所示．

墨烯，将光吸收效率提高了２６倍，使得光吸收大于

ＲＡＯＬａｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．

饶岚，等．石墨烯⁃硅光电子器件研究进展．

Ｆｉｇ􀆰２０　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ⁃ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ

图２０　波导集成石墨烯探测器［５１⁃５２］

号处理等多方面，下面对这些方面进行简要的阐述．

验和理论模型中分析了石墨烯的超快饱和光吸收．

２０１０年新加坡南洋理工大学的Ｘｉｎｇ等［５６］从实

研究结果表明，石墨烯作为饱和吸收体具有低饱和密度、可控的饱和深度、超快的恢复时间以及高的阈值．石墨烯还被用来作为相移器［５７⁃５９］．早期，Ｘｕ等［５７］通过改变ＭＺ干涉仪中石墨烯的电导率来实现相位调制．最近，越来越多对基于环形结构的相移器进行了研究．Ｃａｐｍａｎｙ等［５８］设计了石墨烯⁃硅基可调宽带

Ｆｉｇ􀆰２１　ＧｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｗｉｔｈＧＱＤａｒｒａｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

图２１　具有ＧＱＤ结构的石墨烯探测器［５４］

微波光子相移器，其结构如图２３所示．它采用双环谐振腔结构以便在谐振峰附近获得更加敏锐的相移特性．器件工作波长在１５５０ｎｍ，设计腔长为２５０μｍ，其自由谱范围为１００ＧＨｚ．石墨烯硅基波导的横截面如图２３ｂ所示，在硅基波导上覆盖了单层石墨烯，并用介质材料Ａｌ２Ｏ３作为隔离．图２３ｃ为不同ＲＦ信号的相位偏移（调制２ｐｉ）随石墨烯的化学电势的变化曲线的模拟结果．基于石墨烯⁃硅基双微环的微波相移器具有４０ＧＨｚ的调谐带宽，除此以外，还具有快速可重构（在１０～５０ＧＨｚ范围内ＲＦ频率可以实现３６０°的相位偏移）和低的电压偏移（实现３６０°相位偏移所需电压０􀆰１２Ｖ）等优势．Ｃａｐｍａｎｙ等［５８］是假定０℃的情况下进行的模拟研究，后来Ｍｉｄｒｉｏ

图２２　石墨烯双层异质结探测器结构

Ｆｉｇ􀆰２２　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｄｏｕｂｌｅ⁃ｌａｙｅｒｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ．Ｉｎｓｅｔ：ＦａｌｓｅｃｏｌｏｒＳＥＭｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅ．

（插图为器件的ＳＥＭ图片）［５５］

等［５９］指出，由于温度相关性，实现３６０°的相位偏移所需要的电压小于１Ｖ是可能的．

２０１１年Ｂａｏ等［６０］研究了基于光纤的偏振控制

器，实现消光比２７ｄＢ，与传统的金属薄膜不同，石墨烯偏振器能支持横向电磁模的表面波传输．２０１３年中文大学Ｃｈｅｎｇ等［６１］实验中发现将石墨烯直接放置在硅基波导上可以引入偏振相关损耗，在１５０而，石墨烯⁃硅波导适用于制作集成偏振控制器．２０１３μｍ长的波导上对ＴＭ模式引入了７􀆰７ｄＢ的损耗．因

３　其他石墨烯⁃硅基光电器件

除了在石墨烯⁃硅探测器和调制器进行了深入研究外，石墨烯⁃硅还被应用于相移器、非线性光信

１４７

图２３　基于两级石墨烯⁃硅波导结构的可调相移器（ａ），

Ｆｉｇ􀆰２３　（ａ）ＴｗｏｓｔａｇｅＲＲＧＳＷｄｅｓｉｇｎｏｆａｔｕｎａｂｌｅｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｅｒ；（ｂ）ｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅ石墨烯硅基波导横截面（ｂ）及在不同ＲＦ条件下，相移和化学势之间的关系［５８］（ｃ）

ｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｗａｖｅｇｕｉｄｅ；（ｃ）ｉｍｐｒｅｓｓｅｄｐｈａｓｅｄｓｈｉｆｔｏｖｅｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｅｄＲＦｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ（ｍｏｄｕｌｏ２π）ａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｗｈｅｒｅｔｈｅＲＦｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｔａｋｅｎａｓａｐａｒａｍｅｔｅｒ．

年日本ＮＴＴ公司的Ｋｏｕ等［６２］研究了将单层石墨烯转移到硅基波导后对波导中ＴＥ模和ＴＭ模的影响．测试原理、实验装置框图及结果如图２４所示，实验中测试了单层石墨烯硅基波导对ＴＭ和ＴＥ模的吸５、１０、２０、３０、５０、８０和２００μｍ，研究结果表明对于ＴＥ模和ＴＭ模的吸收系数分别为０􀆰０９和０􀆰０５ｄＢ／μｍ（图２４ｃ）．２０１５年浙江大学Ｈａｏ团队［６３］基于ＭＺ不同设计出了基于石墨烯的起偏器．

在非线性方面，２０１２年哥伦比亚大学的Ｇｕ１）超低功率共振光学双稳态；２）自诱导再生震荡；３）相干四波混频，因而可以实现飞焦量级的非线性器件的设计．在硅光子集成方面，２０１４年Ｎａｉｉｎｉ等［６５］介绍了一种通过嵌入ＣＶＤ石墨烯到掺杂的高Ｋ波导到沟槽中的新光电探测器结构，该结构与光子集成电路的后端处理相兼容，且在４０μｍ长的探测器在１􀆰５Ｖ偏压的情况下响应度为３􀆰６ｍＡ／Ｗ，从２０１５年Ｌａｚａｒｏ等

而证明了其在硅基光电子集成芯片中的可行性．

［６６］

未来的光子网络片上将石墨烯集成到硅基光波导中的环形谐振腔结构中，可以实现宽谱、结构紧凑和高速硅基波长路由和滤波．

收．被测试的波导的宽度为１５μｍ，长度分别为２􀆰５、

４　总结

高速、高带宽、低能耗集成芯片是未来的发展方向．由于石墨烯与传统的ＣＭＯＳ制作工艺相兼容，因而石墨烯与传统的硅基光电子器件相结合，可以有效地提高硅基光电子器件的综合性能，实现更高速率、更大带宽、更低功耗以及更高的集成度．同时，由于石墨烯独有的光学特性和电学特性，基于石墨烯的集成光子回路可以实现超宽带器件的设计，响应波长范围有望在３００ｎｍ～６μｍ．除此以外，石墨烯⁃硅基混合波导还被应用于微波光子系统以及太赫兹器件中．基于石墨烯⁃硅波导材料的三阶非线性效应，混合二维石墨烯⁃硅纳米光子器件在下一代芯片级高速光通信、ＲＦ光电子器件和全光信号处理中应用广泛．石墨烯⁃硅波导在相同的设计结构中，能同时作为调制器和探测器，使得石墨烯光电子器件向多功能器件的发展成为可能，将在未来的光通信、光互联以及高性能计算等领域产生积极影响．

原理，利用器件对ＴＥ模和ＴＭ模有效折射率变化的

等［６４］首次发现了石墨烯⁃硅光电子器件中３个特征：

提出了在光子网络芯片中采用

石墨烯⁃硅环谐振腔来实现波长路由的方案，指出在

ＲＡＯＬａｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．

饶岚，等．石墨烯⁃硅光电子器件研究进展．

ｏｎａｓｉｌｉｃｏｎｗｉｒｅｗａｖｅｇｕｉｄｅ；（ｃ）ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｉｎＴＥ（ｂｌｕｅｓｑｕａｒｅｓ）ａｎｄＴＭ（ｒｅｄｃｉｒｃｌｅｓ）ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｓ

ｇｒａｔｅｄｎａｎｏ⁃ｐｈｏｔｏｎｉｃｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒ２５Ｇｂ／ｓＷＤＭｏｐｔｉ⁃ｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］∥ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＭｅｅｔｉｎｇ，２０１２，４８（１１）：３３􀆰８􀆰１⁃３３􀆰８􀆰３

ＤａｎｇｅｌＲ，ＨｏｆｒｉｃｈｔｅｒＪ，ＨｏｒｓｔＦ，ｅｔａｌ．Ｐｏｌｙｍｅｒｗａｖｅｇｕｉｄｅｓｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏ⁃ｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｉｎｄａｔａｃｅｎｔｅｒｓａｎｄｈｉｇｈ⁃ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｍｐｕｔｅｒｓ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１５，２３（４）：４７３６⁃４７５０

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ＬｉＴＴ，ＷａｎｇＤ，ＺｈａｎｇＪＬ，ｅｔａｌ．Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆ６􀆰２５Ｇｂａｕｄａｄｖａｎｃｅｄｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍａｔｓｗｉｔｈｓｕｂｃａｒｒｉｅｒｍｕｌ⁃ｔｉｐｌｅｘｅｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｎｓｉｌｉｃｏｎＭａｃｈ⁃Ｚｅｈｎｄｅｒｍｏｄｕｌａｔｏｒ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１４，２２（１６）：１９８１８⁃１９８２３

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Ｆｉｇ􀆰２４　（ａ）Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｅｔｕｐ；（ｂ）ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｔｏｐｖｉｅｗｏｆＳＬＧｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ

图２４　吸收效率测试原理（ａ），ＳＬＧ集成的线硅波导的俯视示意（ｂ）及ＴＥ和ＴＭ模的吸收效率（ｃ）

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４×１０Ｇｂ／ｓＤＷＤＭｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎａｓｔａｎｄａｒｄ０􀆰１３ｍＣＭＯＳＳＯＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄ⁃ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓ，２００７，４２（１２）：２７３６⁃２７４４

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１４９

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［２６］　ＦｅｉＺ，ＲｏｄｉｎＡＳ，ＡｎｄｒｅｅｖＧＯ，ｅｔａｌ．Ｇａｔｅ⁃ｔｕｎｉｎｇｏｆｇｒａ⁃

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［２７］　ＢａｏＱ，ＬｏｈＫＰ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，ｐｌａｓｍｏｎｉｃｓ，ａｎｄ

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ｃｏｎ⁃ｂａｓｅｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅｓ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，２０１１，４７９（７３７３）：３３８⁃３４４

［３１］　ＭｏｈｓｉｎＭ，ＳｃｈａｌｌＤ，ＯｔｔｏＭ，ｅｔａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｌｏｗ

ｉｎｓｅｒｔｉｏｎｌｏｓｓｅｌｅｃｔｒｏ⁃ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｎＳＯＩｗａｖｅｇｕｉｄｅ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１４，２２（１２）：１５２９２⁃１５２９７

［３２］　ＹｅＳ，ＷａｎｇＺ，ＴａｎｇＬ，ｅｔａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏ⁃ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｐｔｉｃａｌ

ｍｏｄｕｌａｔｏｒｕｓｉｎｇｄｕａｌ⁃ｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｏｎ⁃ｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１４，２２（２１）：２６１７３⁃２６１８０

［３３］　ＭｉｄｒｉｏＭ，ＢｏｓｃｏｌｏＳ，ＭｏｒｅｓｃｏＭ．Ｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ａｓｓｉｓｔｅｄｃｒｉｔｉ⁃

ｃａｌｌｙ⁃ｃｏｕｐｌｅｄｏｐｔｉｃａｌｒｉｎｇｍｏｄｕｌａｔｏｒ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１２，２０（２１）：２３１４４⁃２３１５５

［３４］　ＤｕＷ，ＬｉＥＰ，ＨａｏＲ．Ｔｕｎａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｇｒａｐｈｅｎｅ⁃

ｅｍｂｅｄｄｅｄｒｉｎｇｍｏｄｕｌａｔｏｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ，２０１４，２６（２０）：２００８⁃２０１１

［３５］　ＹａｎｇＬＺ，ＨｕＴ，ＨａｏＲ，ｅｔａｌ．Ｌｏｗ⁃ｃｈｉｒｐｈｉｇｈ⁃ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ⁃

ｒａｔｉｏｍｏｄｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｗａｖｅｇｕｉｄｅ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２０１３，３８（１４）：２５１２⁃２５１５

［３６］　ＨａｏＲ，ＪｉｎＪＭ，ＬｉＥＰ．Ｕｌｔｒａ⁃ｃｏｍｐａｃｔｇｒａｐｈｅｎｅ⁃

ｅｍｂｅｄｄｅｄｏｐｔｉｃａｌｐｈａｓｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２０１３，３（６）：０６１１１６

［３７］　ＤｕＷ，ＨａｏＲ，ＬｉＥＰ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｆｅｗ⁃ｌａｙｅｒｇｒａｐｈｅｎｅ

ｂａｓｅｄＭａｃｈ⁃Ｚｅｈｎｄｅｒｍｏｄｕｌａｔｏｒ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＣｏｍｍｕｎｉｃａ⁃ｔｉｏｎｓ，２０１４，３２３（１５）：４９⁃５３

［３８］　ＹａｎｇＬＺ，ＨｕＴ，ＳｈｅｎＡ，ｅｔａｌ．Ｕｌｔｒａｃｏｍｐａｃｔｏｐｔｉｃａｌｍｏｄ⁃

ｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃａｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ

［３９］　

［４０］　［４１］　

［４２］　

［４３］　

［４４］　［４５］　［４６］　［４７］　［４８］　［４９］　［５０］　［５１］　

［５２］　［５３］　

［５４］　［５５］　

［５６］　

Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０１４，３９（７）：１９０９⁃１９１２

ＰｈａｒｅＣＴ，ＬｅｅＹＨＤ，ＣａｒｄｅｎａｓＪ，ｅｔａｌ．３０ＧＨｚＺｅｎｏ⁃ｂａｓｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｅｌｅｃｔｒｏ⁃ｏｐｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｏｒ［Ｃ］∥ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＬａｓｅｒｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏ⁃Ｏｐｔｉｃｓ，２０１５，ＤＯＩ：１０􀆰１３６４／ＣＬＥＯ⁃ＳＩ．２０１５．ＳＷ４Ｉ．４

ＤａｓＳ，ＳａｌａｎｄｒｉｎｏＡ，ＷｕＪＺ，ｅｔａｌ．Ｎｅａｒ⁃ｉｎｆｒａｒｅｄｅｌｅｃｔｒｏ⁃ｏｐｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｐｌａｓｍｏｎｉｃｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２０１５，４０（７）：１５１６⁃１５１９

ＨｕＹＴ，ＰａｎｔｏｕｖａｋｉＭ，ＢｒｅｍｓＳ，ｅｔａｌ．Ｂｒｏａｄｂａｎｄ１０Ｇｂ／ｓｇｒａｐｈｅｎｅｅｌｅｃｔｒｏ⁃ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｎｓｉｌｉｃｏｎｆｏｒｃｈｉｐ⁃ｌｅｖｅｌｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ［Ｃ］∥ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＭｅｅｔｉｎｇ，２０１４：５􀆰６􀆰１⁃５􀆰６􀆰４

ＨｕＹＴ，ＰａｎｔｏｕｖａｋｉＭ，ＣａｍｐｅｎｈｏｕｔＪ，ｅｔａｌ．Ｂｒｏａｄｂａｎｄ１０Ｇｂ／ｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｅｌｅｃｔｒｏ⁃ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｎｓｉｌｉｃｏｎ［Ｊ］．Ｌａｓｅｒ＆ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＲｅｖｉｅｗｓ，２０１６，１０（２）：３０７⁃３１６

ＹｅＳＷ，ＹｕａｎＦ，ＺｏｕＸＨ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｏｐｔｉｃａｌｐｈａｓｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｗａｖｅｇｕｉｄｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｌｅｃｔｅｄＴｏｐｉｃｓｉｎＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃ⁃ｔｒｏｎｉｃｓ，２０１７，２３（１）：１⁃５

ＬｉｕＭ，ＺｈａｎｇＸ．Ｓｉｌｉｃｏｎｐｈｏｔｏｎｉｃｓ：Ｇｒａｐｈｅｎｅｂｅｎｅｆｉｔｓ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎ，２０１３，７（１１）：８５１⁃８５２

ＮｏｖｏｓｅｌｏｖＫＳ，ＧｅｉｍＡＫ，ＭｏｒｏｚｏｖＳＶ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｉｎａｔｏｍｉｃａｌｌｙｔｈｉｎｃａｒｂｏｎｆｉｌｍｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００４，３０６（５６９６）：６６６⁃６６９

ＦｒｅｉｔａｇＭ，ＬｏｗＴ，ＸｉａＦＮ，ｅｔａｌ．Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｂｉ⁃ａｓｅｄｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０１２，７（１）：５３⁃５９ＸｉａＦＮ，ＭｕｅｌｌｅｒＴ，Ｇｏｌｉｚａｄｅｈ⁃ＭｏｊａｒａｄＲ，ｅｔａｌ．Ｐｈｏｔｏｃｕｒ⁃ｒｅｎｔｉｍａｇｉｎｇａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｐｈｏｔｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎａｇｒａｐｈｅｎｅｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ［Ｊ］．ＮａｎｏＬｅｔｔｅｒｓ，２００９，９（３）：１０３９⁃１０４４

ＭｕｅｌｌｅｒＴ，ＸｉａＦＮ，ＡｖｏｕｒｉｓＰ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｆｏｒｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＰｈｏ⁃ｔｏｎｉｃｓ，２０１０，４（５）：２９７⁃３０１

ＥｃｈｔｅｒｍｅｙｅｒＴＪ，ＢｒｉｔｎｅｌｌＬ，ＪａｓｎｏｓＰＫ，ｅｔａｌ．Ｓｔｒｏｎｇｐｌａｓｍｏｎｉｃｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅｉｎｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１１，２（１）：４５８

ＦｕｒｃｈｉＭ，ＵｒｉｃｈＡ，ＰｏｓｐｉｓｃｈｉｌＡ，ｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ⁃ｉｎｔｅ⁃ｇｒａｔｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ［Ｊ］．ＮａｎｏＬｅｔｔｅｒｓ，２０１２，１２（６）：２７７３⁃２７７７

ＰｏｓｐｉｓｃｈｉｌＡ，ＨｕｍｅｒＭ，ＦｕｒｃｈｉＭ，ｅｔａｌ．ＣＭＯＳ⁃ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｃｏｖｅｒｉｎｇａｌｌｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂａｎｄｓ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０１３，７（１１）：８９２⁃８９６

ＧａｎＸ，ＳｈｉｕｅＲＪ，ＧａｏＹ，ｅｔａｌ．Ｃｈｉｐ⁃ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｕｌｔｒａｆａｓｔｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０１３，７（１１）：８８３⁃８８７

ＳｃｈａｌｌＤ，ＮｅｕｍａｉｅｒＤ，ＭｏｈｓｉｎＭ，ｅｔａｌ．５０Ｇｂｉｔ／ｓｐｈｏｔｏ⁃ｄｅｔｅｃｔｏｒｓｂａｓｅｄｏｎｗａｆｅｒ⁃ｓｃａｌｅｇｒａｐｈｅｎｅｆｏｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｐｈｏｔｏｎｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＡｃｓＰｈｏｔｏｎ⁃ｉｃｓ，２０１４，１（９）：７８１⁃７８４

ＺｈａｎｇＹＺ，ＬｉｕＴ，ＭｅｎｇＢ，ｅｔａｌ．Ｂｒｏａｄｂａｎｄｈｉｇｈｐｈｏｔｏｒｅ⁃ｓｐｏｎｓｅｆｒｏｍｐｕｒｅｍｏｎｏｌａｙｅｒｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１３，４（６）：６９１⁃７２０

ＬｉｕＣＨ，ＣｈａｎｇＹＣ，ＮｏｒｒｉｓＴＢ，ｅｔａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅ⁃ｔｅｃｔｏｒｓｗｉｔｈｕｌｔｒａ⁃ｂｒｏａｄｂａｎｄａｎｄｈｉｇｈｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，９（４）：２７３⁃２７８

ＸｉｎｇＧＣ，ＧｕｏＨＣ，ＺｈａｎｇＸＨ，ｅｔａｌ．ＴｈｅＰｈｙｓｉｃｓｏｆｕｌ⁃

ｔｒａｆａｓｔｓａｔｕｒａｂｌｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘ⁃ｐｒｅｓｓ，２０１０，１８（５）：４５６４⁃４５７２

ＸｕＣ，ＪｉｎＹＣ，ＹａｎｇＬＺ，ｅｔａｌ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏ⁃ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｏｘｉｄｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｗａｖｅｇｕｉｄｅ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１２，２０（２０）：２２３９８⁃２２４０５

ＣａｐｍａｎｙＪ，ＤｏｍｅｎｅｃｈＤ，ＭｕｎｏｚＰ．Ｓｉｌｉｃｏｎｇｒａｐｈｅｎｅｗａｖｅｇｕｉｄｅｔｕｎａｂｌｅｂｒｏａｄｂａｎｄｍｉｃｒｏｗａｖｅｐｈｏｔｏｎｉｃｓｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｅｒ［Ｊ］．ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１４，２２（７）：８０９４⁃８１００

ＭｉｄｒｉｏＭ，ＧａｌｌｉＰＭ．Ｒｏｍａｇｎｏｌｉ，ｅｔａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｂａｓｅｄｏｐｔｉｃａｌｐｈａｓｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｇｕｉｄｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｅｌｅｃ⁃ｔｒｉｃｍｏｄｅｓ［Ｊ］．ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１４，２（３）：Ａ３４⁃Ａ４０ＢａｏＱＬ，ＺｈａｎｇＨ，ＷａｎｇＢ．Ｂｒｏａｄｂａｎｄｇｒａｐｈｅｎｅｐｏｌａｒｉｚｅｒ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０１１，５（７）：４１１⁃４１５ＣｈｅｎｇＺＺ，ＴｓａｎｇＨＫ，ＷａｎｇＸＭ，ｅｔａｌ．Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｄｅ⁃ｐｅｎｄｅｎｔｌｏｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｏｎ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ［Ｃ］∥Ｉｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＰｈｏｔｏｎｉｃｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２０１３：４６０⁃４６１

ＫｏｕＲ，ＴａｎａｂｅＳ，ＴｓｕｃｈｉｚａｗａＴ，ｅｔａｌ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｓｉｎｇｌｅ⁃

ＲＡＯＬａｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．

饶岚，等．石墨烯⁃硅光电子器件研究进展．

［５７］　

［６３］　

［５８］　［５９］　［６０］　［６１］　［６２］　

［６４］　［６５］　［６６］　

ｌａｙｅｒｇｒａｐｈｅｎｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｎａｓｉｌｉｃｏｎｗｉｒｅｗａｖｅｇｕｉｄｅ［Ｊ］．ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，２０１３，５２（６）：０６０２０３

ＨａｏＲ，ＤｕＷ，ＬｉＥＰ，ｅｔａｌ．ＧｒａｐｈｅｎｅａｓｓｉｓｔｅｄＴＥ／ＴＭ⁃ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｐｏｌａｒｉｚｅｒｂａｓｅｄｏｎＭａｃｈ⁃Ｚｅｈｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒ⁃ｏｍｅｔｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ，２０１５，２７（１０）：１１１２⁃１１１５

ＧｕＴ，ＰｅｔｒｏｎｅＮ，ＭｃＭｉｌｌａｎＪＦ．Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎａｎｄｆｏｕｒ⁃ｗａｖｅｍｉｘｉｎｇｉｎｇｒａｐｈｅｎｅｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ［Ｊ］．Ｎａ⁃ｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０１２，６（８）：５５４⁃５５９

ＮａｉｉｎｉＭＭ，ＶａｚｉｒｉＳ，ＳｍｉｔｈＡＤ，ｅｔａｌ．Ｅｍｂｅｄｄｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｆｏｒｓｉｌｉｃｏｎｐｈｏｔｏｎｉｃｓ［Ｃ］∥７２ｎｄＡｎｎｕａｌＤｅｖｉｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２０１４：４３⁃４４

ＬａｚａｒｏＪＡ，ＧｏｎｚａｌｅｚＪ，ＡｌｔａｂａｓＪＡ，ｅｔａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｓｉｌｉｃｏｎｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒｓｆｏｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｒｏｕｔｅｒｓｉｎｐｈｏｔｏｎｉｃｎｅｔｗｏｒｋ⁃ｏｎ⁃ｃｈｉｐ［Ｃ］∥１７ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ，２０１５，ＤＯＩ：１０􀆰１１０９／ＩＣ⁃ＴＯＮ．２０１５􀆰７１９３７３１

Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ

１ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８７６

２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　３１００２４

３ＡｃｃｅｌｉｎｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＣｏ．Ｌｔｄ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４

ＲＡＯＬａｎ１　ＬＩＤｅｎｇ􀆳ａｏ２　ＷＡＮＧＲｅｎｆａｎ３　ＬＵＯＢｉａｏ４

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｅｄ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｅｎｅｒｇｙｓｉｌｉｃｏｎ⁃ｂａｓｅｄｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｂｏｏｍｉｎｇ．Ｓｏｏｎａｆｔｅｒｉｔｓｄｉｓｃｏｖｅｒｙ，ｇｒａｐｈｅｎｅｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｍｕｃｈａｔ⁃ｔｅｎｔｉｏｎｆｏｒｉｔｓｍａｒｖｅｌｏｕｓｏｐｔｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｒｅｃｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎｂａｓｅｄｏｐｔｏｅｌｅｃ⁃ｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓｈａｓｒａｐｉｄｌｙｂｅｃｏｍｅａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔ，ａｎｄｈａｓｍａｄｅａｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｉｌｉ⁃ｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎ⁃ｂａｓｅｄｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒ，ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｐｏ⁃ｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｓｏｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒ；ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ；ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｄｅｖｉｃｅｓ；ｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ

ｃｏｎ⁃ｂａｓｅｄｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｉｌｉｃｏｎ⁃ｂａｓｅｄｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓｈａｖｅｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｓｍａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｒｉｆｔ，ｌａｒｇｅｂａｎｄｗｉｄｔｈａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｂａｎｄｇａｐ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｗｏｒｋｉｓａｒｅｖｉｅｗｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔｉｓｇｒｏｗｉｎｇｑｕｉｃｋｌｙ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｌｏｗ⁃ｃｏｓｔ，ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄａｎｄｈｉｇｈ⁃ｄｅｎｓｉｔｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ

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