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

  ICC訊 5月6日中國科學(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。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，限制了整個光電技術(shù)的集成與發(fā)展。

  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行有效調(diào)控。此外，團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)，展示了該器件在光通信和光邏輯運算中的巨大應(yīng)用潛力。

  研究人員表示，由于該器件結(jié)構(gòu)和制作工藝十分簡單，該新型場效應(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上，對推動下一代高速和多功能光電集成芯片的發(fā)展有著重要價值。