新型場(chǎng)效應(yīng)調(diào)控光電二極管 光電子集成芯片領(lǐng)域新進(jìn)展

  ICC訊 5月6日中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布，該校孫海定教授課題組與武漢大學(xué)劉勝院士團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)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(shí)現(xiàn)了第三端口外加電場(chǎng)對(duì)二極管光電特性的有效調(diào)控。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于期刊《自然·電子學(xué)》。

  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LED、激光器、探測(cè)器等。然而，無(wú)論是作為發(fā)光單元還是探測(cè)單元的光電二極管，均需配置相應(yīng)的外部驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)和光信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。這一傳統(tǒng)模式極大地限制了整個(gè)光電系統(tǒng)的信號(hào)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，限制了整個(gè)光電技術(shù)的集成與發(fā)展。

  研究人員通過(guò)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(gè)“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(duì)外部偏置器電路的需求，實(shí)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(shí)，受第三端口施加的電壓與入射光同時(shí)控制，可以實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)的高速光電邏輯門(mén)，而且在切換不同的邏輯門(mén)時(shí)無(wú)需對(duì)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(chǎng)對(duì)二極管發(fā)光或探測(cè)過(guò)程中的載流子輸運(yùn)行為進(jìn)行有效調(diào)控。此外，團(tuán)隊(duì)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(mén)系統(tǒng)，展示了該器件在光通信和光邏輯運(yùn)算中的巨大應(yīng)用潛力。

  研究人員表示，由于該器件結(jié)構(gòu)和制作工藝十分簡(jiǎn)單，該新型場(chǎng)效應(yīng)調(diào)控光電二極管架構(gòu)的提出，可被廣泛應(yīng)用于其他由各種半導(dǎo)體材料制成的有源光電子集成芯片和器件平臺(tái)上，對(duì)推動(dòng)下一代高速和多功能光電集成芯片的發(fā)展有著重要價(jià)值。