KR102031058B1

KR102031058B1 - 물리적 접촉 방식의 그래핀 전-광 변조기 및 이를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR102031058B1
Application number: KR1020180053138A
Authority: KR
Inventors: 송용원; 이성재
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2019-10-15
Also published as: US20190346700A1; US10481419B1

Abstract

실시예들은 광도파로에 자유롭게 탈부착이 가능하며, 물리적으로 접축하면 전기 신호에 따라 광 신호를 변조하며, 기판 상에 형성된 산화막 상에 금속 전극을 형성하는 단계 - 여기서, 상기 두 개의 금속 전극은 서로 이격되어 형성됨; 금속 박막에 제1 그래핀 필름을 합성하는 단계; 상기 제1 그래핀 필름을 폴리머 막으로 코팅하는 단계; 상기 제1 그래핀 필름이 합성된 금속 박막을 제거하는 단계; 상기 폴리머 막으로 코팅된 제1 그래핀 필름을 상기 산화막 상에 전사시키는 단계에 의해 제조되며, 상기 제1 그래핀 필름은 상기 두 개의 금속 전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결되는 그래핀 전-광 변조기(electro-optic modulator)를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 그래핀 전-광 변조기에 관한 것이다

Description

물리적 접촉 방식의 그래핀 전-광 변조기 및 이를 제조하는 방법{PHYSICALLY CONTACTABLE GRAPHENE ELECTRO-OPTIC MODULATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 물리적 접촉으로 인해 임의로 장착 및 탈착이 가능한 그래핀 전-광 변조기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 도파로에 물리적으로 접촉하는 경우 입력되는 광 신호를 변조하고, 비접촉하는 경우 변조 기능을 수행하지 않아, 재구성 가능 시스템(reconfigurable optical system)에 적용 가능한 그래핀 전-광 변조기 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

초고속 통신망을 통해 다양한 문명의 이기를 누리는 현대 사회에서 초대용량 데이터 저장과 초고속 데이터 처리 및 관리는 필수적으로 요구된다. 이를 구현하기 위해서는 빠른 속도로 동작이 가능하고 고도로 직접화된 광학 소자들(optical devices)의 개발이 필요하다. 최근 광학적 비선형성이 큰 나노 물질을 사용하여 상기 특성들을 가진 광학 소자들을 개발하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다.

많은 나노 물질 중, 단일 층 탄소 원자의 육각형 배열인 그래핀은 뛰어난 물리적, 전기적 그리고 광학적 특성들을 가지고 있다. 보다 구체적으로, 그래핀은 전하 이동도가 상온에서 200,000 cm²V^-1s^-1 이상으로 매우 높고, 단일 층으로 자외선에서 가시광 영역까지의 넓은 파장대에서 입사된 빛의 약 2.3% 정도를 흡수한다. 특히 그래핀은 높은 3차 비선형성과 디락-페르미온의 선형적 분포 덕분에 광학적, 광-전기적 그리고 전-광학적 어플리케이션에 적용 가능하다. 예를 들어, 그래핀에 가해진 전압을 제어하면 그래핀의 페르미 준위를 이동시킴으로써 전자가 그래핀의 띠 사이를 전이하도록 할 수 있다. 이러한 전이 제어를 통해 전계-흡수 특성을 얻을 수 있고, 그 결과 넓은 파장대에서 초고속 동작이 가능한 컴팩트한 사이즈의 전-광 변조기의 구현이 가능하다.

하지만 불행하게도, 지금까지 보고된 전-광 변조기들(Electro-Optic Modulators)은 나노 소재 기반의 직접화된 광학 소자나 광 도파로(optical waveguide)에 고정된 형태로서, 사용자의 필요에 따라 정보 전달 채널의 수나 위치를 조절하는 것이 불가능했다.

보다 효율적인 동적 광 네트워크를 구현하기 위해서는, 광학적 데이터 채널의 수와 위치를 맞춤형으로(adaptively) 제어하여 한정된 수의 광학 소자를 사용하는 경우에도 데이터 처리 기능을 극대화 하는 것이 필요하다. 이를 위해서는 전-광 변조기가 광 도파로에 유동적으로 적용 가능해야 한다.

특허공개공보 제10-2013-0042906호

본 발명의 일 측면에 따르면, 광 도파로에 적용 가능한 물리적 접촉 방식의 그래핀 전-광 변조기를 제공하고자 한다.

이 외에도, 상기 그래핀 전-광 변조기를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 전기 신호에 따라 광 신호를 변조하는 그래핀 전-광 변조기(electro-optic modulator)를 제조하는 방법은, 기판 상에 형성된 산화막 상에 금속 전극을 형성하는 단계- 상기 두 개의 금속 전극은 서로 이격되어 형성됨; 금속 박막에 제1 그래핀 필름을 합성하는 단계; 상기 제1 그래핀 필름을 폴리머 막으로 코팅하는 단계; 상기 제1 그래핀 필름이 합성된 금속 박막을 제거하는 단계; 상기 폴리머 막으로 코팅된 제1 그래핀 필름을 상기 산화막 상에 전사시키는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 그래핀 필름은 상기 두 개의 금속 전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결된다.

일 실시예에서, 상기 방법은 금속 박막에 제2 그래핀 필름을 합성하는 단계; 상기 제2 그래핀 필름을 폴리머 막으로 코팅하는 단계; 상기 제2 그래핀 필름이 합성된 금속 박막을 제거하는 단계; 및 상기 폴리머 막으로 코팅된 제2 그래핀 필름을 상기 제1 그래핀 필름에 코팅된 폴리머 막 상에 전사시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 그래핀 필름은 제1 그래핀 필름에 연결되지 않은 금속 전극에 전기적으로 연결된다.

일 실시예에서, 상기 제1 그래핀 필름을 성장시키는 단계는 상기 금속 박막의 양 면에 그래핀 필름을 성장시키는 단계; 및 상기 금속 박막의 일 면에서 성장된 그래핀 필름을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 그래핀 필름은 제거되지 않은 그래핀 필름을 나타낸다.

일 실시예에서, 상기 제1 그래핀 필름을 폴리머 막으로 코팅하는 단계는 상기 그래핀 필름을 제거하는 단계 이전에 수행될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 방법은 제1 그래핀 필름을 전사하기 이전에, 상기 산화막의 일부, 그리고 금속 전극 중 하나를 폴리머 막으로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 방법은 제1 그래핀 필름을 전사한 이후에 폴리머를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 전기 신호에 따라 광 신호를 변조하는 그래핀 전-광 변조기(electro-optic modulator)는, 기판 상에 형성된 산화막; 상기 산화막 상에 이격 배치된 두 개의 금속 전극; 상기 산화막 상에 전사된 제1 그래핀 필름; 및 상기 그래핀 필름 상에 코팅된 제1 폴리머 막을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 그래핀 필름은 두 개의 금속 전극 중 어느 하나의 금속 전극에 전기적으로 연결된다.

일 실시예에서, 상기 그래핀 전-광 변조기는 상기 제1 폴리머 막 상에 전사된 제2 그래핀 필름; 상기 제2 그래핀 필름 상에 코팅된 제2 폴리머 막을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 그래핀 필름은 제1 그래핀 필름이 연결되지 않은 금속 전극에 전기적으로 연결된다.

일 실시예에서, 상기 그래핀 전-광 변조기는 상기 제1 그래핀 필름과 산화막 사이의 제2 폴리머 막을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 폴리머 막은 PMMA로 이루어질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 PMMA의 분자량은 996K일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 그래핀 필름의 면적은 60mm²일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 시스템은, 상술한 실시예들에 따른 그래핀 전-광 변조기; 광 신호를 발진하는 발진기; 상기 전기적 신호를 생성하는 발생기; 상기 전기적 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 전기적 신호에 기초하여 상기 전-광 변조기에 바이어스 전압을 가하는 바이어스 티(bias tee); 및 코어와 클래드층을 포함한 광 도파로를 포함할 수 있다. 여기서, 클래드층은 적어도 일부가 연마되고, 상기 그래핀 전-광 변조기는 상기 연마된 부분에 접촉될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따라 제조된 전-광 변조기는 측면 클래딩층이 연마된 광섬유(D-shaped fiber)에 물리적으로 접촉할 수 있다. 그러면 광도파로 외부로 확장된 소실장 영역을 통해 광섬유 내부에서 진행하는 빛과 상호작용이 가능하다. 그 결과, 전-광 변조기는 광 도파로의 해당 부분에 물리적으로 접촉하는 경우 광 도파로를 통해 진행하는 광 신호를 변조하고, 비접촉하는 경우 변조 기능을 수행하지 않는다.

이와 같이, 전-광 변조기는 사용자가 필요한 부분에 자유롭게 접촉될 수 있어, 한정된 개수로 다수의 광학 회로, 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 이러한 비차단식 설계(Non-blocking scheme)는 빛의 세기에 의해 상호작용하고 있는 광학 소자가 손상을 받지 않는 임계치를 높여주고, 광학적 소자들의 동작이 재구성이 가능하게 적용 될 수 있는 기반을 제공한다.

또한, 변조기의 개수가 한정된 경우에도 상기 개수 보다 많은 광학 시스템에 적용 가능하고, 나아가 변조 위치, 변조되는 광신호 채널의 수 또한 추가적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 멀티 채널 변조, 또는 브로드 캐스팅 변조가 가능하다.

또한, 확장된 소실장 영역의 세기는 광 도파로의 코어를 기준으로 거리가 증가할수록 기하급수적으로 감소하기 때문에, 전-광 변조기와 광 도파로 사이의 거리를 변화시킴으로써 변조기의 동작을 조절할 수 있다.

나아가, 상기 전-광 변조기는 최대 20 dB의 빛의 점멸비와 MHz 단위의 동작 속도 성능을 가질 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기의 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기의 동작 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 필름을 전사하는데 적용되는 전처리 과정과 결과를 도시한 도면이다.
도 4d 는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 폴리머와 결합하고 있는 그래핀의 라만 스펙트럼을 통해 얻은 결과이다.
도 5a 내지 도 5b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 필름의 전사 조건에 대한 결과를 도시한 도면이다.
도 6a 내지 6b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전사된 그래핀 필름을 TEM 분석을 통해 얻은 사진이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 두 개의 그래핀 필름을 포함하는 전-광 변조기를 SEM 분석을 통해 얻은 단면 사진이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기의 특성을 분석하기 위한 광학 시스템의 모식도이다.
도 9a 내지 도 9c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 7의 시스템 모식도를 실제로 설계한 시스템의 전체 및 부분 도면이다.
도 10a 내지 도 10f는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기의 동작 성능을 측정한 결과를 도시한 도면이다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 확정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것이지, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명 및 첨부 된 특허청구의 범위에서 사용되는 단수 표현은 아래위 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현도 포함하는 것을 의도한다. 또한 본 발명에서 사용한 "및/또는"이라는 용어에 대해서는 하나 또는 복수의 관련되는 열거한 항목들의 임의 또는 모든 가능한 조합들을 포함하는 것으로 이해 하여야 한다.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.

도 1a 내지 도 1b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기의 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 포화 흡수(saturable absorption) 물질로서 그래핀을 포함하되, 그래핀-고분자-그래핀의 그래핀 커패시터 구조로 포함되어 있다.

그래핀 커패시터 구조를 갖는 전-광 변조기(1)는 그래핀에 가해진 전압 부하에 의해 그래핀의 페르미 에너지 레벨을 제어하여 그래핀의 빛 흡수 특성을 변화시킬 수 있어, 전-광 변조 기능을 수행할 수 있다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기의 동작 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.

그래핀 커패시터 구조의 두개의 그래핀에 연결된 전극에 전압이 가해졌을 때 변화되는 그래핀의 캐리어 농도는 그래핀 커패시터 구조에 사용된 유전체 물질의 유전 상수와 두께, 그리고 그래핀에 부하된 전압에 의존하며, 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

여기서, ns는 그래핀의 캐리어 농도, V는 그래핀에 가해진 전압, V0는 그래핀의 자연상태의 도핑에 따른 오프셋 전압, d는 유전체 층의 두께 그리고 εox 는 유전체 층의 유전율이다.

부하 전압에 따른 그래핀의 캐리어 농도의 변화는 그래핀의 페르미 에너지 레벨의 이동에 영향을 미치고, 다음과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 2]

E _F 는 그래핀의 페르미 에너지 레벨,

는 디락(Dirac) 상수,

는 그래핀의 페르미 속도(~1.1 x 10⁶ ms^-1)이다. 그래핀의 페르미 에너지 레벨은 그래핀의 캐리어 농도에 비례하여 이동한다.

따라서, 그래핀에 음 또는 양의 전압을 가하면 페르미 레벨이 이동한다. 페르미 레벨이 입사된 포톤 에너지의 절반 이상 이동된 상태에서는 포톤이 그래핀에 흡수되지 않아 빛이 흡수되지 않는다. 이미 페르미 레벨이 이동하여 포톤의 흡수로 인한 밴드 간 전이가 어렵기 때문이다. 도 2의 우측에 도시된 바와 같이, 음 또는 양의 전압이 부하된 그래핀은 빛에 대해 투명한 특성을 가진다.

반면, 전압이 가해지지 않은 경우 페르미 레벨이 디락(Dirac) 포인트 근처에 위치한다. 이 경우에는 그래핀이 전자의 밴드 전이를 위해 포톤을 흡수할 수 있어, 그래핀이 빛을 흡수할 수 있다. 도 2의 좌측에 도시된 바와 같이, 자연상태의 그래핀은 빛을 흡수하는 특성을 가진다.

다시 도 1a를 참조하면, 광 도파로 내부에서 진행하는 광 신호의 세기 분포는 코어에서 최대가 되는 가우시안 형태의 분포이다. 광 도파로 측면의 클래딩 부분을 연마하는 경우 유효 굴절률의 감소로 인해 코어 외부로 뻗어 나온 부분인 소실장 영역(evanescent field)은 광 도파로 외부로 더 확장된다. 전술한 그래핀의 특성은 광 신호의 세기가 상대적으로 작은 경우에도 이용할 수 있어, 전-광 변조기(1)는 외부로 확장된 광 신호의 소실장(evanescent field)을 통해 광 도파로를 진행하는 광 신호와 상호작용할 수 있다.

전-광 변조기(1)는 도 1a에 도시된 바와 같이 측면 클래딩층이 연마된 광섬유(D-shaped fiber)에 물리적으로 접촉할 수 있다. 그러면 전-광 변조기(1)의 전계-흡수 특성의 근원이 되는 그래핀 중 적어도 하나는 소실장 영역의 확장으로 인해 광섬유 내부에서 진행하는 빛과 상호작용이 가능하다. 전-광 변조기(1)는 광 도파로의 해당 부분에 물리적으로 접촉하는 경우 광 도파로를 통해 진행하는 광 신호를 변조하고, 비접촉하는 경우 변조 기능을 수행하지 않는다.

일 실시예에서, 전-광 변조기(1)의 전계-흡수 특성의 근원이 되는 그래핀과 광 도파로를 따라 진행하는 광 신호 사이의 상호작용은 그래핀과 광 도파로 사이의 거리를 이동시킴으로써 조절이 가능하다.

이와 같이, 전-광 변조기(1)는 사용자가 필요한 부분에 자유롭게 접촉될 수 있어, 한정된 개수로 다수의 광학 회로, 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 이러한 비차단식 설계 (Non-blocking scheme)는 빛의 세기에 의해 상호작용하고 있는 광학 소자가 손상을 받지 않는 임계치를 높여주고, 광학적 소자들의 동작이 재구성이 가능하게 적용 될 수 있는 기반을 제공한다.

또한, 확장된 소실장 영역의 세기는 광 도파로의 코어를 기준으로 거리가 증가할수록 기하급수적으로 감소하기 때문에, 전-광 변조기(1)와 광 도파로 사이의 거리를 변화시킴으로써 변조기의 동작을 조절할 수 있다.

일 실시예에서, 전-광 변조기(1)는 탈부착 가능하기 때문에 접촉되는 광 도파로의 위치, 개수를 제어할 수 있다. 다시 도 1b를 참조하면, 전술한 원리로 동작하는 전-광 변조기(1)는 광 도파로에 물리적 탈착이 가능하고 이동이 가능하다. 따라서, 전-광 변조기(1)의 설계 및 접촉 위치에 따라 동일한 데이터 스트림을 전달하는 채널의 위치와 개수를 제어할 수 있다.

따라서, 변조 전 광 신호의 경로가 하나 이상이고, 변조 후 광 신호의 경로가 하나 이상인 다양한 시스템에 상기 전-광 변조기(1)를 적용하는 경우, 멀티 채널 변조, 브로드 캐스팅 변조가 가능하다.

나아가, 재구성이 가능한 광학적 소자인 전-광 변조기(1)는 다중 채널을 통한 데이터 전송의 공정 측면에서 극대화된 효율, 간단한 소자 구조의 안정적인 동작 그리고 소자의 개별적인 점검 및 교체가 가능하여 유지, 보수 측면에서의 용이한 관리가 가능하다는 장점들이 있다.

또한, 광 도파로가 광섬유인 경우, 전-광 변조기(1)는 반송파의 주파수가 높아서 Tbps 수준의 전송속도가 가능하고, 손실이 약 0.2 dB/km로 낮아서 100 km 이상의 무중계 전송이 가능하다. 나아가, 포설이 용이하고 외부 전자기장에 의한 간섭을 받지 않는 광섬유 기반의 장거리 통신 시스템의 이점도 갖는다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 전술한 기능을 갖는 전-광 변조기(1)는 도 3의 단계들에 의해 제조될 수 있다.

우선, 전-광 변조기(1)로 사용하고자 하는 기재를 제조한다. 일 실시예에서, 상기 기재는 다음의 단계들: 기판(110) 상에 산화막(120)을 형성하고(S110), 상기 산화막(120) 상에 두 개의 금속 전극(132, 133)을 형성하는 단계(S120)에 의해 제조된다.

일 실시예에서, 상기 기판(100)은 실리콘(Si)으로 구성되고, 상기 금속 전극(132, 133)은 니켈(Ni)로 구성된다. 상기 금속 전극(132, 133)은 전자빔 증착법을 통해, 도 3에 도시된 바와 같이 서로 이격 배치된다.

그 후, 상기 기재로 전사될 그래핀을 합성한다. 일 실시예에서, 상기 기재로 전사될 그래핀은 두 개일 수 있다.

전사될 그래핀 필름(220)은 금속 박막(210)에서 합성된다(S210). 일 실시예에서, 금속 박막(210)은 구리(Cu)로 구성되며, 상기 그래핀 필름(220)은 화학적 증착법(CVD) 방식으로 구리 박막(210)에서 합성된다.

일 실시예에서, 상기 그래핀 필름(220)은 다음의 단계들에 의해 제조된다: 우선, 구리 박막(210)의 양 면에서 그래핀 필름(220, 230)을 합성한다(S211). CVD 방식으로 구리 박막에서 그래핀 필름을 합성하는 과정에서 양 면에서 그래핀 필름(220, 230)이 합성된다. 일 면에서 합성된 그래핀(230)은 다른 일 면에서 합성된 그래핀(220) 보다 품질이 떨어진다. 따라서, 상대적으로 고품질인 그래핀 필름(220)을 전-광 변조기(1)를 제조하기 위해 사용하기 위해, 상기 그래핀 필름(22)을 상기 기재에 전사한다(S280).

전-광 변조기(1)의 변조 효율은 전사 공정의 결과로서 전사 완료된 그래핀의 품질에 의존하므로, 전사되는 그래핀의 품질을 향상시키는 중요하다.

도 4a 내지 도 4c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 필름(220)을 전사하는데 적용되는 전처리 과정과 결과를 도시한 도면이다.

이러한 전사 과정(S280)에 있어서, 구리 박막(210)을 부식액을 사용하여 제거하고(S250), 그래핀 필름(131)을 전사하게 된다(S280). 이 과정에서 그래핀 필름(230)이 남아 있는 경우 구리 부식액의 장애물로 작용하고 고품질의 전사를 방해하게 된다. 도 4a에 도시된 라만 스펙트럼 결과를 갖는, 전사를 하기 전에 고품질을 갖는 그래핀 필름(220)을 구리 박막(210) 위에서 합성하더라도, 폴리머 코팅 여부에 따라 그래핀 필름(220)의 품질에 손상이 발생할 수 있다. 도 4b는 그래핀 필름(230)을 제거하는 데 앞서 고품질의 그래핀 필름(220)에 폴리머 막(250)을 코팅하지 않은 경우의 라만 스펙트럼이다. 도 4c는 그래핀 필름(230)을 제거하는 데 앞서 고품질의 그래핀 필름(220)에 폴리머 막(250)을 코팅하지 않은 경우의 라만 스펙트럼이다. 도 4 b와 도 4c의 라만 스펙트럼을 비교해 보면, 폴리머 막(250)으로 그래핀 필름(220)을 보호하지 않은 도 4b의 실시예에서 그래핀 품질이 손상됨을 확인할 수 있다.

따라서, 전-광 변조기(1)의 변조 효율을 향상시키기 위해, 도 3 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 그래핀 필름(230)을 제거하기 이전에, 폴리머 막(250)을 고품질의 그래핀 필름(220) 위에 코팅한다(S250). 일 실시예에서, 상대적으로 저품질인 그래핀 필름으로서, 구리 박막(210) 윗 면에 합성된 그래핀 필름(230)을 O2-RIE(reactive ion etching) 처리를 통해 가속된 플라즈마로 제거한다.

아무런 처리 없이 그래핀 필름(220, 230)이 양 면에 합성된 구리 박막(210)을 O2-RIE 처리하는 경우 전사 대상인 반대편 그래핀 필름(220) 또한 손상을 입게 된다. 반면, 폴리머 막(250)으로 코팅한 후 O2-RIE 처리를 하면 그래핀(220)의 손상을 방지할 수 있다.

일 실시예에서, 폴리머 막(250)은 PMMA((poly(meth)acrylates: 폴리(메타)아크릴레이트)로 이루어질 수 있다. PMMA로 이루어진 폴리머 막(250)은 그래핀 필름(220) 상에 전사 과정의 지지층(support layer)으로서 스핀 코팅을 통해 형성된다. 그래핀 커패시터 구조의 전-광 변조기(1)의 동작 효율과 동작 속도는 커패시터 구조의 면적과 유전체 층의 두께에도 의존한다. 커패시터의 면적은 PMMA/그래핀 복합체 영역에 의해 결정되고, 유전체 층은 스핀 코팅 공정된 PMMA의 두께에 결정된다. 따라서, PMMA가 용해되어 있는 용액의 농도, PMMA의 분자량, 스핀 코팅 조건 등에 따라 전-광 변조기(1)의 성능을 설계할 수 있다. 나아가, 커패시터의 면적, 유전체 층의 두께는 전-광 변조기(1)를 적용하고자 하는 시스템에 적합하도록 설계될 수 있다.

이와 같이 폴리머 막(250)은 제조 과정에서 그래핀 필름(220)을 손상으로부터 보호하여 고품질의 그래핀의 전사를 가능하게 한다. 도 4c를 참조하면, 폴리머 막(250)으로 코팅된 이후 전사된 그래핀 필름(220)에 대한 라만 스펙트럼 결과가 도 4b 내지 도 4 c 중 가장 좋게 나타난다. 따라서, 폴리머 막(250)으로 코팅된 그래핀 필름(220)을 전사하면, 도 4c에 도시된 바와 같이 고품질의 전사 결과를 얻을 수 있다. 도 4d는 532 nm 레이저 광원을 사용하여 PMMA와 결합하고 있는 그래핀 필름(220)을 라만 스펙트럼(Raman spectrum)으로 분석한 결과를 도시한 도면이다. 도 4d를 참조하면, D 피크, G 피크 그리고 2D 피크의 위치는 각각 ~ 1349, ~1588 그리고 2691 cm-1이다. 그래핀의 격자 결정화도를 나타내는 D 피크와 G 피크의 세기 비율은 0.06이므로, sp3 탄소 원자들과 결함이 적은 높은 품질의 그래핀임을 뒷받침 한다.

도 5a 내지 도 5b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 필름의 전사 조건에 대한 결과를 도시한 도면이다.

일 실시예에서, 전-광 변조기(1)의 성능은 전사 후 PMMA의 열처리 시간(Baking time)에 따라 개선될 수 있다. 예를 들어, 30분 동안의 가열을 통해 안정적으로 좋은 품질로 전사된 그래핀 필름(220)을 얻을 수 있다.

일 실시예에서, 전-광 변조기(1)의 성능은 PMMA의 분자량(Molecuous weight, MW)에 따라 개선될 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이 상대적으로 체인이 짧은 120K의 PMMA을 사용한 전사 결과와, 996K의 PMMA을 사용한 전사 결과를 비교하면 120K의 PMMA가 전사 과정 중 쉽게 손상되어 안정적으로 좋은 품질로 전사된 996K의 PMMA와 달리 그래핀의 품질에 있어 큰 편차가 발생한다. 즉, 그래핀 필름(220)은 상대적으로 높은 분자량을 갖는 PMMA으로 이루어진 폴리머 막(250)으로 코팅될수록 고품질로 전사된다.

단계(S250) 이후, 구리 박막(210)을 제거한 뒤(S260), 그래핀/폴리머 복합체를 산화막(120), 그리고 두 개의 금속 전극(132, 133) 중 어느 하나, 예를 들어 금속 전극(132) 상에 전사한다(S280). 한편, 전사 이후에도 폴리머 막(250)은 제거되지 않아 전-광 변조기(1)의 유전체 층으로 기능한다.

일 실시예에서, 단계(S280)는 습식 전사법(wet transfer)으로 수행될 수 있다. PMMA로 코팅된 그래핀 필름(220)을 기재 상에 전사한 후 PMMA를 일정 온도 이상(예를 들어, PMMA의 유리 전이 온도(T_g) 이상)으로 가열하여 물 분자를 제거한다. 이로 인해, 그래핀 필름(220)과 산화막(120) 사이의 접촉 품질을 향상시킬 수 있다.

도 6a 내지 6b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전사된 그래핀 필름을 TEM 분석을 통해 얻은 사진이다.

위와 같은 전사 과정을 수행하면, 그래핀 필름(220)의 품질에 손상을 주지 않으면서 고품질로 전사할 수 있다. TEM(transmission electron microscope) 분석을 통해 전사된 그래핀 필름(220)을 출력한 도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 그래핀 필름(220)의 품질이 고품질인 것을 시각적으로 확인할 수 있다.

전사되는 그래핀 필름(131)은 반드시 단층(monolayer)로 제한되는 것이 아니다. 일 실시예에서, 다층(multilayer) 구조의 그래핀 필름(131)을 포함하는 전-광 변조기(1)를 제조할 수 있다.

또한, 다른 금속 전극(133) 상에 전사될 그래핀 필름(320)을 합성하고(S310), 전사된 그래핀 필름(220)에 코팅된 폴리머 막(250), 그리고 다른 금속 전극(133) 상에 전사한다(S380). 그래핀 필름이 두 개(220, 320)인 경우, 그래핀의 비선형성 특성이 하나의 그래핀 필름을 포함하는 경우 보다 약 두 배 또는 그 이상 증가하는 장점이 있다.

그래핀 필름(320)을 합성하고 전사하는 과정(S310 내지 S380)은 전술한 그래핀 필름(220)을 합성하고 전사하는 과정(S210 내지 S280)과 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.

도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 두 개의 그래핀 필름(220, 320)을 포함하는 전-광 변조기를 SEM 분석을 통해 얻은 단면 사진이다. 상기 제조 방법에 의해 제조된 결과, 그래핀-고분자-그래핀 커패시터 구조를 갖는 전-광 변조기(1)를 제조할 수 있다. SEM(scanning electron microscope) 분석을 통해 얻은 도 7과 같이, 산화막(120)이 형성되어 있는 실리콘(Si) 기판(110) 상에 전사 공정을 통해 중첩된 두 층의 PMMA/그래핀 필름 복합체가 기재 위에 평평하게 형성될 수 있다. 그래핀 필름(220, 320)은 각 PMMA 막(250, 350)의 아래쪽에 위치해 있다.

이와 같이, PMMA 막들(250, 350)이 그래핀 필름들(250, 350)을 외부 환경으로부터 차단하므로, 외부 환경으로부터 물리적, 전기적으로 보호(passivation)한다. 따라서, PMMA 막들(250, 350)은 그래핀 커패시터 구조에서 유전체 등으로 기능함과 더불어, 전-광 변조기(1)의 신뢰성 높은 동작을 가능하게 하고, 안정성을 확보할 수 있으며, 물리적인 접촉 과정에서 그래핀 필름(220, 320)의 손상을 최소화 할 수 있다.

다른 일 실시예에서, 전-광 변조기(1)는 단일 그래핀 필름을 포함할 수 있다. 예를 들어, PMMA는 유전체 층으로서 두 금속 전극(132, 133) 사이에 위치하도록 코팅되고, 단일 그래핀 필름은 커패시터 구조에서 두 금속 전극(132, 133) 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 단일 그래핀 필름을 외부 환경으로부터 보호하도록 PMMA가 더 코팅될 수 있다.

그래핀 필름(220, 320)이 전사된 결과는 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 전기 신호에 따라 광 변조를 가능하게 하는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

상기 도 3에서 서술된 단계들은 단지 예시적인 것으로, 전술한 기능을 갖는 전-광 변조기(1)는 각 단계들의 순서가 상이하거나, 생략되거나, 변형된 제조 방법에 의해 제조될 수도 있다.

실험예 1

도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기의 특성을 분석하기 위한 광학 시스템의 모식도이고, 도 9a 내지 도 9c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 8의 시스템 모식도를 실제로 설계한 시스템의 전체 및 부분 도면이다. 상기 실험예는 본 발명의 일 측면에 따른 제조 방법에 의해 제조된 전-광 변조기(1)의 점별비, 동작 속도에 대한 성능을 측정하기 위한 실험이다.

도 8 및 도 9a를 참조하면, 상기 광학 시스템은 광신호 발진기, 증폭기, 바이어스 티(bias tee), 편광 조절기(PC, polarization controller), 광도파로 등을 포함한다.

광신호 발진기는 연속파(CW laser)를 출력한다. 일 실시예에서 광신호 발진기는 DFB 레이저 발진기로서, 중심 파장이 1550 nm 근처인 통신용 파장대의 연속파를 출력할 수 있는 Anritsu사의 MT9810A일 수 있다. 상기 연속파를 D형태(D-shaped)로 연마된 광 도파로로 진행시키면, 연마된 표면에 물리적으로 근접한 전-광 변조기(1)에 가해지는 전압을 조절하여 광 신호를 변조하면서 그 특성을 분석할 수 있다. 또한, 전-광 변조기(1)의 크기에 따른 동작 특성을 비교, 분석할 수 있다.

광학 시스템은 직류 전압기를 더 포함할 수 있으며, 상기 광학 시스템을 통해 전-광 변조기의 점멸비를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 직류 전압기는 KEYSIGHT사의 E36106A일 수 있고, OSA는 YOKOGAWA사의 AQ6370C일 수 있다. 또한 광학 시스템은 각종 분석 장치, 예를 들어 OSA(optical spectrum analyzer), 광검출기, RF spectrum analyzer 등을 더 포함할 수 있다.

그래핀은 오직 진행하는 빛의 평면 방향의 전기장과 상호작용하기 때문에, 편광 조절기를 통해 소자에 가해주는 편광 방향을 조절할 수 있다. 편광된 광 신호를 전-광 변조기(1)와 물리적으로 접촉하고 있는 광섬유로 진행시키면서, 그래핀-고분자-그래핀의 커패시터 구조의 양단에 전압을 가하여 변화하는 광학적 출력의 세기를 OSA를 통해 측정할 수 있다.

동작 속도 측정에 있어서, 광학 시스템은 패턴 발생기를 더 포함하며, 상기 광학 시스템에 전기적 신호가 입력될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 패턴 발생기는 KEYSIGHT사의 33120A일 수 있다. 상기 동작 속도 측정을 위한 전기적 신호는, 패턴 발생기에서 발생된 전기적 신호를 증폭기를 통해 증폭시킨 후 바이어스 티를 사용하여 바이어스 전압을 가해준다. 일 실시예에서, 상기 증폭기는 피크-투-피크 전압을 약 20V 증폭시킬 수 있는 Mini-circuit사의 ZHL-6A+일 수 있다. 상기 광학 시스템은 바이어스 티를 통해 30 V의 바이어스 전압를 가할 수 있다. 이로 인해, 최대 10 V ~ 40 V의 세기와 100 kHz ~ 500 MHz범위의 주파수를 가질 수 있는 전기적 신호를 발생시킬 수 있다. 이와 과정을 통해, 단일 주파수로 생성된 사인파 형태의 전기적 신호를 전-광 변조기(1)에 적용하여 변조된 광학적 신호를 광 검출기(photodetector)를 통해 전기적 신호로 전환시킨 후, Keysight사의 N9000B.26G인 RF spectrum analyzer를 사용하여 측정할 수 있다.

상기 실험예에서 사용된 전-광 변조기(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 다음의 과정에 의해 제조된다.

그래핀 필름(220)을 합성한다(S210). 상기 실험예에서, CVD 방식으로 Alfa Aesar사의 25㎛, 99.8% 구리 박막(210) 양쪽 표면에서 두 개의 그래핀 필름(220, 230)이 합성된다.

그 후, 전사용 그래핀 필름인 그래핀 필름(220)을 폴리머 막(250)으로 스핀 코팅한다(S250). 이후, 상대적으로 낮은 품질의 그래핀 필름(230)을 150 W의 세기로 2분 동안의 산소를 이용한 반응성 이온 에칭(O₂ RIE) 공정을 통해 제거한다.

상기 폴리머 막(250)은 Sigma aldrich사의 anhydrous, 99.8% 성분을 갖는 클로로벤젠에 46 mg/ml의 농도로 용해시킨, Sigma Aldrich사의 MW = 996k인 PMMA로 이루어진다. 그 후, 구리 박막(210)을, CAS No. 7727-54-0인 과황산암모늄 0.1M에 약 18 시간 동안 담금으로써 식각하였고(S260), 남아있는 식각액을 증류수에서 30분 동안 3회 세척한 후 원하는 기재 위로 전사한다(S280). 그래핀/PMMA 복합체를 전사한 후, 수 초간의 질소 가스 분사하고 약 30분 동안 PMMA의 유리 전이 온도(T_g) 이상에서 가열함으로써, 남아 있는 물 분자들을 제거한다. 다른 그래핀 필름(320) 또한 위와 유사한 과정(S310 내지 S380)에 의해 합성되고, 전사된다.

상기 전사 과정에 의해, 합성된 그래핀 필름(220, 320)은 PMMA 막(250, 350)과 함께 300 nm 두께의 산화막(120)이 형성되어 있는, Silicon Technology Corp., 사의 SYSN04T1-10NA 실리콘(Si) 기판(110)에 전자빔 증착기(electron beam evaporator)를 통해 50 nm 두께로 증착된 두 개의 니켈(Ni) 전극(132, 133)과 각각 겹쳐지면서 그래핀-고분자-그래핀의 커패시터 구조를 형성하도록 두 번에 걸쳐 전사된다.

도 9b를 참조하면, 그래핀에 전기적인 신호를 효율적으로 전달하기 위해서, SMA 케이블의 연결이 가능한 PCB 기판을 그래핀-고분자-그래핀 커패시터 구조의 양 그래핀 필름(220, 320)과 접촉하고 있는 니켈(Ni) 전극(132, 133)과 금 도선(Au wire)을 통해 연결되도록 설계된다.

도 9c 를 참조하면, 광학 시스템에 포함된 광 도파로는 일부 표면이 연마된 형태의 광섬유(D-shaped fiber)로서, 상기 광섬유는 단일 모드 광섬유(Corning, SMF-28e)이고, 원만한 곡률반경을 갖도록 디자인된 아크릴 지지대에, EPO-TEK사의 353ND 에폭시 수지로 고정된 후, 가장 윗 부분의 클래딩층(cladding layer)이 Thorlabs사의 LF03P 연마지(sandpaper)에 의해 연마되었다.

또한, 광 도파로와의 배열을 맞추어 보다 정확한 분석 결과를 얻기 위해, 전-광 변조기(1)는 5-axis에서 미세하게 위치가 조정 가능할 수 있는 스테이지 결합 세트 위에 고정된다. 상기 스테이지 결합 세트는 SIGMAKOKI사의 TSD-605C translation stage, SIGMAKOKI사의 KSP-606M rotation stage, 및 SIGMAKOKI사의 GOH-60A50 goniometer stage를 포함한다.

도 10a 내지 도 10f는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전-광 변조기의 동작 성능을 측정한 결과를 도시한 도면이다.

상기 실험예에서, 전-광 변조기(1)를 통과하는 광신호의 출력 세기 측정에 있어서, 광신호 발진기에서 발생된 중심 파장 1552.04 nm의 연속파(CW laser)이다. 그래핀은 오직 진행하는 광신호의 평면 방향의 전기장과 상호작용하기 때문에, 편광 조절기를 통해 소자에 가해주는 편광 방향을 조절한 뒤, 전-광 변조기(1)와 물리적으로 접촉하고 있는 광섬유로 진행하게 한다.

도 10a를 참조하면, 전-광 변조기(1)의 그래핀 커패시터 면적이 60mm2인 경우, 변조된 광신호의 점멸비가 20dB인 성능을 얻을 수 있다. 또한, 도 10b를 참조하면, 그래핀 커패시터 면적이 60mm²인 경우 전-광 변조기(1)는 약 2.5MHz까지 동작 가능하다.

추가적으로, 그래핀 커패시터의 면적이 60mm²인 전-광 변조기(1)에 주파수가 1MHz, 1.5MHz, 2MHz. 그리고 2.5MHz인 전기적 신호를 가하는 경우, 도 10c 내지 도 10f에 도시된 바와 같이, 전-광 변조기(1)는 광학 신호의 세기를 각각 20dB, 16dB, 8dB, 그리고 5dB로 변조시킬 수 있다.

결국, 일 실험예에 따라 제조된 전-광 변조기(1)는 20dB의 점별비와 MHz 단위의 동작 속도 성능을 가진다.

전-광 변조기(1)의 성능을 측정하기 위한 광학 시스템은 성능, 구성요소 측면에서 제한되지 않으며, 다양한 성능을 측정하고자 도 8 내지 도 9a에서 포함되지 않은 구성요소를 더 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 전-광 변조기는 물리적으로 자유롭게 탈부착이 가능하면서 광도파로에 접촉하는 경우 광신호를 변조할 수 있고, 변조되는 광신호의 품질 또한 위에서 살펴본 바와 같이 상당히 우수하다.

또한, 변조기의 개수가 한정된 경우에도 상기 개수 보다 많은 광학 시스템에 적용 가능하고, 나아가 변조 위치, 변조되는 광신호 채널의 수 또한 추가적으로 제어할 수 있다.

이러한 전-광 변조기는 사용자에게 광학 시스템 설계의 폭을 넓혀주며, 이미 설계된 시스템을 보다 쉽게 재구성하게 도울 수 있다. 따라서, 광학 시스템을 설계하는데 있어 그 활용이 무궁무진할 것으로 기대된다.

Claims

광 도파로를 따라 진행하는 광 신호를 전기 신호에 따라 변조하는 그래핀 전-광 변조기(electro-optic modulator)를 제조하는 방법으로서,
기판 상에 형성된 산화막 상에 제1 금속 전극 및 제2 금속 전극을 형성하는 단계- 상기 제1 금속 전극 및 제2 금속 전극은 서로 이격되어 형성됨;
금속 박막에 제1 그래핀 필름을 합성하는 단계;
상기 제1 그래핀 필름을 제1 폴리머 막으로 코팅하는 단계 - 상기 제1 폴리머 막은 상기 금속 박막에 대향하도록 상기 제1 그래핀 필름의 표면 상에 형성됨;
상기 제1 그래핀 필름이 합성된 금속 박막을 제거하는 단계;
상기 제1 폴리머 막으로 코팅된 제1 그래핀 필름을 상기 제1 금속 전극 상에 전사시키는 단계를 포함하되,
상기 제1 폴리머 막은 전사 이후에 제거되지 않고,
상기 제1 폴리머 막의 일부는 상기 제1 금속 전극 및 제2 금속 전극 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
금속 박막에 제2 그래핀 필름을 합성하는 단계;
상기 제2 그래핀 필름을 제2 폴리머 막으로 코팅하는 단계;
상기 제2 그래핀 필름이 합성된 금속 박막을 제거하는 단계; 및
상기 폴리머 막으로 코팅된 제2 그래핀 필름을 상기 제2 금속 전극 상에 전사시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 그래핀 필름을 성장시키는 단계는,
상기 금속 박막의 양 면에 그래핀 필름을 성장시키는 단계; 및
상기 금속 박막의 일 면에서 성장된 그래핀 필름을 제거하는 단계를 포함하되,
상기 제1 그래핀 필름은 제거되지 않은 그래핀 필름인 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 그래핀 필름을 제1 폴리머 막으로 코팅하는 단계는,
상기 그래핀 필름을 제거하는 단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 그래핀 필름을 전사하기 이전에, 상기 산화막의 일부, 그리고 금속 전극 중 하나를 폴리머 막으로 코팅하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
제1 그래핀 필름을 전사한 이후에 폴리머를 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
광 도파로를 따라 진행하는 광 신호를 전기 신호에 따라 변조하는 그래핀 전-광 변조기(electro-optic modulator)로서,
기판 상에 형성된 산화막;
상기 산화막 상에 이격 배치된 제1 금속 전극 및 제2 금속 전극;
상기 제1 금속 전극에 전기적으로 연결된 제1 그래핀 필름; 및
상기 제1 그래핀 필름 상에 코팅된 제1 폴리머 막을 포함하되,
상기 제1 폴리머 막의 일부는 상기 제1 금속 전극 및 제2 금속 전극 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 그래핀 전-광 변조기.
제7항에 있어서,
상기 제2 금속 전극에 전기적으로 연결된 제2 그래핀 필름;
상기 제2 그래핀 필름 상에 코팅된 제2 폴리머 막을 더 포함하는 그래핀 전-광 변조기.
제7항에 있어서,
상기 제1 그래핀 필름과 산화막 사이의 제2 폴리머 막을 더 포함하는 그래핀 전-광 변조기.
제7항에 있어서,
상기 제1 폴리머 막은 PMMA로 이루어진 것을 특징으로 하는 그래핀 전-광 변조기.
제10항에 있어서,
상기 PMMA의 분자량은 996K인 것을 특징으로 하는 그래핀 전-광 변조기.
제7항에 있어서,
상기 제1 그래핀 필름의 면적은 60mm2인 것을 특징으로 하는 그래핀 전-광 변조기.
제7항에 있어서,
상기 광신호의 소실장 영역 범위에 그래핀 필름이 위치하는 경우 상기 광 신호를 변조하는 것을 특징으로 하는 그래핀 전-광 변조기.
제7항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 따른 그래핀 전-광 변조기;
광 신호를 발진하는 발진기;
상기 전기 신호를 생성하는 발생기;
상기 전기 신호를 증폭하는 증폭기;
상기 전기 신호에 기초하여 상기 전-광 변조기에 바이어스 전압을 가하는 바이어스 티(bias tee); 및
코어와 클래드층을 포함한 광 도파로를 포함하는 시스템으로서,
상기 클래드층은 적어도 일부가 연마되고, 상기 그래핀 전-광 변조기는 상기 연마된 부분에 접촉되는 것을 특징으로 하는 시스템.