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在過(guò)去的數(shù)十年中，以集成電路（integrated circuit，IC）為基石的信息技術(shù)取得了舉世矚目的發(fā)展。然而，隨著IC技術(shù)將達(dá)到10 nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，由于受到來(lái)自物理定律和成本的限制而難以繼續(xù)提升，學(xué)術(shù)界和業(yè)界一直在探索超越互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（beyond CMOS）架構(gòu)等方式，以期推動(dòng)信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

 

等離激元在亞波長(zhǎng)尺寸光操控方面具有優(yōu)異特性，故在亞波長(zhǎng)光電集成領(lǐng)域備受矚目；如何實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)尺度的光電集成架構(gòu)成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。由于具有原子量級(jí)的小尺寸(1～3 nm)、高遷移率、平均自由程長(zhǎng)、寬光譜響應(yīng)等諸多優(yōu)勢(shì)，碳納米管被認(rèn)為是“后摩爾時(shí)代”的理想材料，有望用來(lái)實(shí)現(xiàn)片上的亞波長(zhǎng)尺寸光電集成。目前尚未發(fā)現(xiàn)碳管亞波長(zhǎng)等離激元集成架構(gòu)的相關(guān)研究報(bào)道。

 

技術(shù)人員系統(tǒng)地發(fā)明了一種可完美兼容等離激元結(jié)構(gòu)的無(wú)摻雜技術(shù)。具體說(shuō)來(lái)，首先采用鈀（Pd）金屬和鈧（Sc）金屬分別實(shí)現(xiàn)與碳納米管的p型和n型接觸，進(jìn)而構(gòu)建碳納米管二極管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管；與此同時(shí)，采用金（Au）來(lái)構(gòu)建等離激元波導(dǎo)。一方面，采用對(duì)稱(chēng)電極的高性能碳管晶體管可與Au波導(dǎo)集成形成在片電驅(qū)動(dòng)的表面等離激元（surface plasmon polariton，SPP）源。另一方面，Au波導(dǎo)可以通過(guò)結(jié)合虛電極技術(shù)構(gòu)建光伏形式的SPP探測(cè)器；虛電極技術(shù)的引入可有效提高在片SPP探測(cè)器的信噪比。采用同樣的工藝，還可同時(shí)在基底上制備電子器件、光電器件以及無(wú)源的等離激元組分，從而克服傳統(tǒng)材料中電子器件與光電器件制備工藝不兼容的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)在片利用無(wú)摻雜技術(shù)集成亞波長(zhǎng)等離激元波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)完整的等離激元回路，這是電驅(qū)動(dòng)等離激元回路的首次實(shí)現(xiàn)；區(qū)別于傳統(tǒng)的光互連過(guò)程，利用等離激元作為傳播媒介的互聯(lián)過(guò)程可打破光學(xué)衍射極限，為“后摩爾時(shí)代”的超越互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體架構(gòu)提供重要參考。