光子激发纳米线晶体管向光学计算迈出了一步

光子激发纳米线晶体管向光学计算迈出了一步

在计算中用光子代替电子的想法已经导致了各种方法来实现光速计算的前景。然而,这些方案中的许多方案都涉及其中电子电流仅通过光进行光学切换和放大并且不需要电子门的装置。

现在韩国大学的一个研究团队已经在纳米线晶体管这个很大程度上没有接触过的领域进入光子控制纳米线逻辑门。研究人员将他们的器件称为光子触发纳米线晶体管(PTNT) - 相信他们的结果显示了在逻辑门中使用光子的前进方向,导致用于高分辨率成像的超小型纳米处理器和纳米级光电探测器

在“ 自然纳米技术 ”杂志上描述的工作中,韩国研究人员制造了半导体纳米线的PTNT,其被合成为具有通过短的多孔硅片段连接的长晶体硅片段。在晶体部分的纳米线的两端形成电接触。

在纳米线中间的这些多孔硅片作为捕获的电子的储存器,其有效地抑制跨过电极的电流,产生晶体管的“截止”状态。但是由于多孔硅对光非常敏感,因此可以将电流控制开启和关闭。

当光线撞击多孔硅时,那些被捕获的电子被激发到更高的能量状态,直到它们通过纳米线扩散,从而能够跨越电极的电流。这将产生晶体管的“导通”状态。这全部导致用作高导通/截止电流比场效应晶体管的多孔硅片段。该比率达到10 6,与以前的硅纳米线的最佳值相当。

韩国大学教授,兼具研究的教授Hong-Gyu Park告诉IEEE Spectrum,他认为他们开发的PTNT器件具有光子和电子器件的优点。在与其他纳米级电子晶体管尺寸相似的光子触发晶体管中,  电流像传统的全电子晶体管一样被切换和放大。

Park和他的同事们还合成了更复杂的结构,其中包含沿着纳米线的两个多孔硅片可以使用两个独立的光输入信号来触发。通过使用局部泵浦激光器作为输入和电流或电压作为输出,研究人员能够展示包括AND,OR和NAND门的光子触发逻辑,这是现代计算机处理的基本构件。

虽然初步结果令人鼓舞,但用于制造多孔硅片(金属辅助化学蚀刻)的加工需要改进。该过程导致具有比典型的自底向上生长的纳米线更粗糙的表面的纳米线,导致更高的器件电阻。Park表示,他们将需要使更光滑的纳米线表面,以提高设备性能。

尽管如此,Park认为PTNT器件为多功能设备应用提供了创新的方法,如可编程逻辑元件和超灵敏探测器。

“我们预计未来通过大量生产具有多孔硅片的硅纳米线来扩大光子触发晶体管的生产,”他说。

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