在过去的数十年中，以集成电路（integrated circuit，IC）为基石的信息技术取得了举世瞩目的发展。然而，随着IC技术将达到10 nm的技术节点，由于受到来自物理定律和成本的限制而难以继续提升，学术界和业界一直在探索超越互补金属氧化物半导体（beyond CMOS）架构等方式，以期推动信息技术的进一步发展。

 

等离激元在亚波长尺寸光操控方面具有优异特性，故在亚波长光电集成领域备受瞩目；如何实现亚波长尺度的光电集成架构成为当下研究热点。由于具有原子量级的小尺寸(1～3 nm)、高迁移率、平均自由程长、宽光谱响应等诸多优势，碳纳米管被认为是“后摩尔时代”的理想材料，有望用来实现片上的亚波长尺寸光电集成。目前尚未发现碳管亚波长等离激元集成架构的相关研究报道。

 

技术人员系统地发明了一种可完美兼容等离激元结构的无掺杂技术。具体说来，首先采用钯（Pd）金属和钪（Sc）金属分别实现与碳纳米管的p型和n型接触，进而构建碳纳米管二极管和场效应晶体管；与此同时，采用金（Au）来构建等离激元波导。一方面，采用对称电极的高性能碳管晶体管可与Au波导集成形成在片电驱动的表面等离激元（surface plasmon polariton，SPP）源。另一方面，Au波导可以通过结合虚电极技术构建光伏形式的SPP探测器；虚电极技术的引入可有效提高在片SPP探测器的信噪比。采用同样的工艺，还可同时在基底上制备电子器件、光电器件以及无源的等离激元组分，从而克服传统材料中电子器件与光电器件制备工艺不兼容的问题。在此基础上，通过在片利用无掺杂技术集成亚波长等离激元波导，实现完整的等离激元回路，这是电驱动等离激元回路的首次实现；区别于传统的光互连过程，利用等离激元作为传播媒介的互联过程可打破光学衍射极限，为“后摩尔时代”的超越互补金属氧化物半导体架构提供重要参考。