研究目的
为克服石墨烯因原子级厚度导致的弱光-物质相互作用问题，我们提出并验证了硅基石墨烯光子集成电路（PICs）以增强相互作用，并探索超越传统硅光子技术的新片上应用。
研究成果
硅基石墨烯光子集成电路为增强光-物质相互作用和开发新型片上应用提供了极具前景的平台。尽管发展迅速，但在制造工艺、器件性能以及非线性光学应用的探索方面仍有显著改进空间。石墨烯与硅基光子集成电路的集成，为混合光电集成与应用开辟了新途径。
研究不足
该研究面临三大挑战：高质量石墨烯在介电材料上的直接沉积困难、人工转移过程引入不确定性、以及已展示的石墨烯光电器件工作带宽慢于最先进的四族半导体器件。硅基石墨烯光子集成电路在非线性光学及波导集成石墨烯生化传感器方面的应用仍处于初级阶段。
1：实验设计与方法选择：
本研究通过平面内倏逝场耦合，在硅波导上集成石墨烯以增强光-物质相互作用。介绍了硅基光子集成电路（PIC）中石墨烯集成的理论原理与制备工艺。
2：样品选择与数据来源：
选用剥离法石墨烯与化学气相沉积（CVD）生长石墨烯集成于制备的硅基PIC。采用市售CVD生长铜箔衬底石墨烯。
3：实验设备与材料清单：
包含硅波导、石墨烯层、用于石墨烯转移的PMMA、铜刻蚀用的过硫酸铵、PMMA去除用的丙酮，以及电子束光刻和深反应离子刻蚀等CMOS兼容制备技术。
4：实验流程与操作步骤：
制备过程包括将CVD生长石墨烯层湿法转移至硅基PIC、实现石墨烯与硅波导集成，并对器件进行表征。
5：数据分析方法：
通过测量光学吸收系数、调制带宽及光电探测器响应度，分析硅基石墨烯PIC的性能。
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graphene
Enhancing light–matter interactions in silicon photonic integrated circuits for applications in optoelectronics, nonlinear optics, and biochemical sensing.
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silicon waveguides
Serving as the optical medium for propagating light and interacting with graphene for enhanced optoelectronic applications.
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PMMA
Used as a support layer for transferring graphene to silicon photonic integrated circuits.
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ammonium persulfate
Used for etching the copper substrate in the graphene transfer process.
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acetone
Used for removing the PMMA layer after graphene transfer to the silicon PIC.
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