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技术人员在碳纳米管等离激元集成回路研究中取得重要进展

作者:中国科学院成都有机化学有限公司 来源:http://www.timesnano.com 日期:2017-11-06 11:55:37


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。

 

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