中国科大孙海定教授和武大刘胜院士Nature Electronics封面论文: 发明新型氮化镓光电二极管

日期:2024-04-30 阅读:714
核心提示:中国科大孙海定教授和武大刘胜院士Nature Electronics封面论文: 发明新型氮化镓光电二极管

 半导体产业网讯:基于两端或两电极的电子器件结构(Two-terminal devices)是构建现代电子系统的最基础、最简单的元件。然而,典型两电极体系器件结构会限制它们功能的多样化和性能的提升。

近期,中国科学技术大学微电子学院iGaN实验室的Muhammad Hunain Memon博士、余华斌博士,孙海定教授等联合武汉大学刘胜院士团队等,在Nature Electronics上以“A three-terminal light emitting and detecting diode”发文,报道了一种多功能三端(三电极)二极管(three-terminal diode: TTD),并被主编推选为当期封面论文(如图1所示)。

该新型光电二极管主要由传统两端氮化镓基p-n二极管,以及直接在p型GaN层上由金属/Al2O3介质层组成的单片集成的第三电极third terminal (Tt) 组成(如图2所示)。当该三端二极管作为发光二极管LED工作时,可以通过调节施加到第三电极Tt上的偏置电压,以调节LED的发光强度(如图3所示)。同时,由于引入第三电极Tt且该电极又具备集成偏置器(bias-tee)的功能,该器件的调制带宽可以从原来的 p-n 二极管中的160MHz大幅增加到263MHz(如图4所示)。此外,当该新型器件作为光电探测二极管工作时,在第三端Tt上施加的电压和入射光都可以作为控制输出光电流大小的信号输入,提供可重构的光电逻辑门,包括NAND和NOR等(如图5所示)。该新型器件的提出和实现,为将来实现光电集成芯片、高速光通信和光计算提供了一种全新的器件架构。

图1:论文入选四月份期刊封面论<https://www.nature.com/natelectron/>

图2: Three-terminal optoelectronic diode的制备和器件表征。

图3: 新型光电二极管的电学和光学特性。

图4: 新型光电二极管在光学无线通信(optical wireless communication ,OWC)系统中的应用。通过巧妙利用光电单片集成设计,大幅提升器件工作带宽。

图5: 用于光电逻辑门(optoelectronic logic gates,OELG)的新型三端光探测器的实现。

文献链接Memon, M.H., Yu, H., Luo, Y. et al. A three-terminal light emitting and detecting diode. Nature Electronics, 7, 279–287 (2024). 

<https://www.nature.com/articles/s41928-024-01142-y>

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