未來(lái)集成電路的發(fā)展將呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢(shì)，其中光電芯片可實(shí)現(xiàn)光傳輸及信息處理功能。通過(guò)與現(xiàn)代電子芯片技術(shù)的底層融合，支撐未來(lái)大容量、低功耗、集成化與智能化信息芯片技術(shù)的發(fā)展需求。二極管作為一種重要的基本電學(xué)元件，在集成電路、大功率驅(qū)動(dòng)、光學(xué)成像等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)和功能也十分豐富。
光電二極管是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能(電壓或電流)的光傳感器，由一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，具有單方向?qū)щ娞匦?。普通二極管在反向電壓作用時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，只能流過(guò)微弱的反向電流，而光電二極管在設(shè)計(jì)和制作時(shí)盡量使PN結(jié)的面積相對(duì)較大，以便接收入射光。
光電探測(cè)器的信號(hào)狀態(tài)在光照前后可歸納為全關(guān)態(tài)(0,0)、全開(kāi)態(tài)(1,1)以及整流態(tài)(0,1)或(1,0)三類，已往的光電探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)兩種狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換，以光電二極管為代表的器件實(shí)現(xiàn)由整流態(tài)向全開(kāi)態(tài)轉(zhuǎn)換，以及以光電導(dǎo)和光電晶體管為代表的器件實(shí)現(xiàn)由全關(guān)態(tài)向全開(kāi)態(tài)轉(zhuǎn)換。
但從理論上出發(fā)，應(yīng)該還存在一類由全關(guān)態(tài)向整流態(tài)轉(zhuǎn)換的新型器件。近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的科研人員提出了一種光控二極管，通過(guò)異質(zhì)結(jié)的設(shè)計(jì)與構(gòu)筑，器件獲得了新型光電整流特性，光照條件下電流狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了由全關(guān)態(tài)向整流態(tài)的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而構(gòu)筑出首例無(wú)需選通器件的光電存儲(chǔ)陣列。
光控二極管本質(zhì)上是由位于正和負(fù)極的兩個(gè)石墨烯/二硫化鉬肖特基結(jié)和位于溝道的二硫化鉬n/n結(jié)串聯(lián)而成。在負(fù)柵壓下，處于截止態(tài)的肖特基結(jié)將使器件處于全關(guān)態(tài)；在光照時(shí)，氮化硼光柵層將捕獲光生載流子，從而屏蔽柵壓的調(diào)控作用，使肖特基結(jié)處于導(dǎo)通態(tài)，進(jìn)而使得二硫化鉬n/n結(jié)的整流特性得以呈現(xiàn)，器件處于整流態(tài)。
研究人員進(jìn)一步設(shè)計(jì)構(gòu)筑了3×3像素的光電存儲(chǔ)陣列，首次在無(wú)選通器件的條件下展現(xiàn)了優(yōu)異的抗串?dāng)_能力；同時(shí)，基于器件對(duì)不同波長(zhǎng)和強(qiáng)度光信號(hào)響應(yīng)的差異，研究人員演示了陣列對(duì)光信號(hào)的探測(cè)及處理功能，表明了光控二極管具有實(shí)現(xiàn)高集成度、低功耗和智能化光電系統(tǒng)的極大潛力。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》(National Science Review)。
(資料來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)、中國(guó)日?qǐng)?bào))
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