硅波导集成的碳纳米管单片光电系统 _小知识

硅波导集成的碳纳米管单片光电系统
1成果简介
本文，北京大学信息科学技术学院电子学系王胜副研究员与彭练矛教授课题组在《ACS Nano》期刊发表名为“Silicon-waveguide-integrated carbon nanotube optoelectronic system on a single chip”的论文，发挥碳纳米管可同时制备高性能互补金属-氧化物半导体场效应晶体管（CMOS-FET）和光电探测器的优势，开发了一种使用碳管材料制备全部有源器件的光电集成技术，从而实现碳纳米管光电系统与硅基光子学器件的高度集成。
借助碳纳米管器件工艺与硅基工艺之间良好的兼容性，制备碳纳米管红外光探测器和CMOS逻辑电路。通过耦合碳管红外光探测器与硅基单模波导，吸收材料与光子的相互作用大大增强，探测器的光电流响应度相比正入射下提升了97.6倍，达到了12.4 mA/W；同时，通过开发“蛇形”光伏倍增二极管结构，波导耦合的光电二极管可显现线性光伏倍增，输出电压信号与逻辑门的供电电压匹配，做到逻辑控制。由此看来，波导耦合光探测器的输出电压信号可被用来作为CMOS反相器、或非门等碳管器件的逻辑输出电平，可通过逻辑电路对光逻辑信号进行数据处理。多根波导、多个光探测器和逻辑门的集成展示也体现出碳管光电集成系统在兼容波分复用技术方面一定的潜力，有望提升光电集成系统数据承载能力。
2图文导读
图1.集成波导碳纳米管光电二极管。
图2. CNT SCPD的结果。
图3.基于CNT的CMOS逻辑反相器的结果。
图4.集成波导的SCPD和CMOS逻辑反相器的集成。
3小结
碳纳米管光电系统首次以全碳基有源器件实现单片波导耦合和光电集成，为未来碳基集成电路芯片和光互连芯片的发展奠定了基础。相关研究得到国家自然科学基金创新研究群体、国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室等资助。
【硅波导集成的碳纳米管单片光电系统】

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