我國在國際上首創(chuàng)新型場效應(yīng)調(diào)控光電二極管！
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】隨著人工智能時代的到來和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入發(fā)展，對用于高速數(shù)據(jù)傳輸和高性能數(shù)據(jù)計算的半導(dǎo)體芯片的需求不斷增長。其中，以光子作為信息載體的光電集成芯片及其相關(guān)技術(shù)的潛力正不斷被挖掘和開發(fā)，凸顯出它們在突破現(xiàn)有電子系統(tǒng)技術(shù)瓶頸與極限的可能性。
光電二極管作為光電集成芯片中必需的基本元件，已被廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管(LED)、激光器、探測器等。然而，無論是作為發(fā)光單元還是探測單元的光電二極管，均需配置相應(yīng)的外部驅(qū)動電路來實現(xiàn)電信號和光信號之間的轉(zhuǎn)換，這一傳統(tǒng)模式極大地限制了整個光電系統(tǒng)的信號傳輸速度和帶寬，也不可避免地增大了系統(tǒng)體積和復(fù)雜度，從而限制了整個光電技術(shù)的集成與發(fā)展。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)孫海定教授課題組與武漢大學(xué)劉勝院士團(tuán)隊合作，在國際上首次提出了新型三電極光電PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑載流子調(diào)制新方法，實現(xiàn)了第三端口外加電場對二極管光電特性的有效調(diào)控。
研究人員通過在P型區(qū)域引入“第三電極”，將傳統(tǒng)的光電二極管與一個“金屬-氧化物-半導(dǎo)體”結(jié)構(gòu)進(jìn)行巧妙而又緊湊的片上器件集成。這種三端二極管減少了光通信系統(tǒng)中對外部偏置器電路的需求，實現(xiàn)了更小體積、更寬帶寬的光通信系統(tǒng)。
當(dāng)三電極二極管切換為光電二極管模式工作時，受第三端口施加的電壓與入射光的同時控制，可以實現(xiàn)可重構(gòu)的高速光電邏輯門，而且在切換不同的邏輯門時無需對器件本身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何改變，并形成完整的光控邏輯電路，從而利用外加電場對二極管發(fā)光或探測過程中的載流子輸運行為進(jìn)行有效調(diào)控。
此外，團(tuán)隊還基于該新型光電二極管構(gòu)建了光通信系統(tǒng)和可重構(gòu)光電邏輯門系統(tǒng)，為開發(fā)下一代光電集成芯片提供了一種全新的器件架構(gòu)和系統(tǒng)解決方案。
相關(guān)研究成果以《A three-terminal light emitting and detecting diode》為題，于2024年4月25日在線發(fā)表于國際電子器件知名期刊《自然•電子學(xué)》(Nature Electronics7, 279-287 (2024))，并被雜志主編Owain Vaughan推選為封面論文發(fā)布。
此項研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、中科大雙一流建設(shè)經(jīng)費、中央高?；究蒲谢鸬葘ｍ椊?jīng)費的資助，也得到了中國科大微電子學(xué)院、中國科學(xué)院無線光電通信重點實驗室、集成電路科學(xué)與工程安徽省重點實驗室、中國科大微納研究與制造中心和中國科大信息科學(xué)實驗中心的支持。
(資料來源：科技日報)
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