我國在國際上首創新型場效應調控光電二極管！
【化工儀器網 項目成果】隨著人工智能時代的到來和數字化轉型的深入發展，對用于高速數據傳輸和高性能數據計算的半導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技術的潛力正不斷被挖掘和開發，凸顯出它們在突破現有電子系統技術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，已被廣泛應用于發光二極管(LED)、激光器、探測器等。然而，無論是作為發光單元還是探測單元的光電二極管，均需配置相應的外部驅動電路來實現電信號和光信號之間的轉換，這一傳統模式極大地限制了整個光電系統的信號傳輸速度和帶寬，也不可避免地增大了系統體積和復雜度，從而限制了整個光電技術的集成與發展。
中國科學技術大學孫海定教授課題組與武漢大學劉勝院士團隊合作，在國際上首次提出了新型三電極光電PN結二極管結構，構筑載流子調制新方法，實現了第三端口外加電場對二極管光電特性的有效調控。
研究人員通過在P型區域引入“第三電極”，將傳統的光電二極管與一個“金屬-氧化物-半導體”結構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中對外部偏置器電路的需求，實現了更小體積、更寬帶寬的光通信系統。
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的同時控制，可以實現可重構的高速光電邏輯門，而且在切換不同的邏輯門時無需對器件本身的結構進行任何改變，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光或探測過程中的載流子輸運行為進行有效調控。
此外，團隊還基于該新型光電二極管構建了光通信系統和可重構光電邏輯門系統，為開發下一代光電集成芯片提供了一種全新的器件架構和系統解決方案。
相關研究成果以《A three-terminal light emitting and detecting diode》為題，于2024年4月25日在線發表于國際電子器件知名期刊《自然•電子學》(Nature Electronics7, 279-287 (2024))，并被雜志主編Owain Vaughan推選為封面論文發布。
此項研究工作得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、中科大雙一流建設經費、中央高校基本科研基金等專項經費的資助，也得到了中國科大微電子學院、中國科學院無線光電通信重點實驗室、集成電路科學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實驗中心的支持。
(資料來源：科技日報)
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