과제 소개
실리콘 포토닉스는 지속적으로 증가하는 대용량의 데이터를 고속으로 처리하기 위한 필수적인 기술로 사용되기 시작했다. 실리콘 포토닉스의 핵심 부품은 변조기와 광검출기이다. 기존 소자들보다 우수한 특성을 지닌, 그래핀에 기반한 차세대 변조기와 광검출기의 개발이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 빛과 그래핀 사이의 강한 상호작용을 얻을 수 있는 그래핀 기반 나노플라즈모닉 도파로를 활용한 변조기와 광검출기를 개발한다. 개발하려는 변조기와 광검출기는 기존의 소자들보다 더 작고 더 빠르게 동작할 것으로 예상된다. 본 연구를 통해 이 점을 실증하여, 세계 최고 수준의 그래핀 기반 실리콘 포토닉 변조기와 광검출기를 개발하려 한다. 
본 연구를 위한 선행 연구를 통해 개발한 변조기의 구조와 사진을 그림에 나타내었다. 표준 반도체 공정으로 제작한 나노플라즈모닉(MISIM) 도파로는 수십 nm의 폭을 갖는 영역에 빛을 강하게 모을 수 있다. 이로 인해 도파로 위에 놓인 그래핀과 빛 사이의 강한 상호작용을 얻을 수 있고, 이를 이용하여 소형의 변조기와 광검출기를 구현할 수 있다. 변조기의 경우, 그래핀의 전기적 성질을 조절하여 도파로를 통해 나오는 빛의 세기를 변조할 수 있다. 선행 연구를 통해, 도파로의 길이가 11 m일 때 빛의 세기를 3 dB만큼 변조할 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 이 길이를 7 m 정도로 줄이고자 한다. 또한 변조기의 고속 동작을 구현하고 광검출기 개발을 진행한다. 
본 연구를 통해 현재의 실리콘 포토닉 변조기와 광검출기의 특성을 뛰어넘는 그래핀 기반 실리콘 포토닉 변조기와 광검출기를 개발함으로써 실리콘 포토닉스 분야에 커다란 영향을 줄 수 있을 것으로 기대한다.