실리콘 위에 생성된 그래핀 광 변조기

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-22

나노전자장치를 연구하고 있는 imec와 겐트 대학(Ghent University)의 연구진은 10Gb/s의 변조 속도를 가진 광 전계-흡수 변조기(electro-absorption modulator EAM)를 최초로 개발했다. 이 광 전계-흡수 변조기는 그래핀으로 만들어졌다. 낮은 삽입 손실, 낮은 드라이브 전압, 높은 열 안정성, 광대역 작동, 작은 풋프린트(footprint)를 가지고 있기 때문에, 이 장치는 고밀도와 저전력을 가진 차세대 광 인터커넥트(interconnect) 구현을 위한 중요한 단계가 될 것이다. 이 연구결과는 IEDM(IEEE International Electron Devices Meeting)에서 발표되었다. 높은 변조 속도, 작은 풋프린트, 광대역 무열 작동(athermal operation)을 가진 집적된 광 변조기는 차세대 칩-수준의 광 인터커넥트에 매우 바람직하다. 그래핀은 폭넓은 스펙트럼 범위에서 조율 가능한 빠른 흡수를 가지기 때문에 이것을 달성하는데 매우 유망한 재료이다. 이번 연구진의 그래핀-실리콘 EAM은 평편한 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator, SOI) 립 도파로(rib waveguide)의 상부 위에 설치된 50µm의 긴 그래핀-산화물-실리콘 커패시터 구조로 구성된다. 고품질 광 변조기는 10Gb/s의 비트 속도를 가진 하이브리드 그래핀-실리콘 변조기 속에서 세계 최초로 증명되었다. 4dB 이하의 광 삽입 손실과 2.5dB의 소광비(extinction ratio)는 약 1550nm의 중심 파장에서 80nm의 광대역 파장 범위로 달성되었다. 또한 성능에서의 어떤 유의적인 변화들이 20~49°C의 온도 범위에서 관찰되지 않았는데, 이것은 강력한 무열 작동을 시사한다. 따라서 이번 연구진의 그래핀-실리콘 EAM은 열 안정성과 광 대역폭 사양에 대한 첨단 SiGe EAM의 성능을 능가한다. “이 획기적인 결과로, 우리는 열, 대역폭, 풋프린트 부분에서 장점을 가진 그래핀 광 EA 변조기를 만들 수 있었다”고 Philippe Absil은 말했다. “이 연구결과는 높은 대역폭을 가진 칩 기반의 광 입력/출력에서 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 향후 연구는 최적화된 Si(Ge) 변조기(30-50 Gb/s)에서 달성된 것과 유사한 속도를 가지도록 그래핀 EAM의 변조 속도를 추가적으로 향상시키는데 초점을 맞출 것”이라고 Absil은 덧붙였다.   높은 대역폭을 가진 광 입력/출력에 대한 이번 연구는 높은 대역폭을 가진 칩의 I/O를 위한 새로운 방안을 제시하고 있다. 겐트 대학의 도움으로, 이번 연구진은 통신 및 데이터 통신 산업에 적용할 수 있는 실리콘 기반의 광 인터커넥트를 매우 향상시킬 수 있는 기술을 개발하게 되었다. 이번 연구진의 포토폴리오에는 저-손실의 스트립 도파로, 매우 효율적인 격자 커플러, 25Gb/s Mach-Zehnder 변조기, 25Gb/s Ge 광검출기 등이 포함되어 있다. 이번 연구진은 높은 대역폭을 가진 칩 기반의 입력/출력을 수행하기 위해서 인텔, 삼성, TSMC, Globalfoundries, 마이크론, 소니, SK 하이닉스, 화웨이 등과 협력하고 있다. 이번 연구진은 최근에 Graphene Flagship에 참여했다. 이 프로그램은 1억 유로의 자금이 지원되고 있고, 재료 제조에서부터 구성요소와 시스템까지 모든 분야를 개발할 계획이다. 이것은 광 인터커넥트 분야에 그래핀의 독특한 특성들을 적용할 수 있는 새로운 방법을 제시하고 있다. 그림. 이번 연구진이 개발한 그래핀 기반의 광 변조기. graphenewindow3.jpg http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=38458.php