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在過去的數十年中，以集成電路（integrated circuit，IC）為基石的信息技術取得了舉世矚目的發展。然而，隨著IC技術將達到10 nm的技術節點，由于受到來自物理定律和成本的限制而難以繼續提升，學術界和業界一直在探索超越互補金屬氧化物半導體（beyond CMOS）架構等方式，以期推動信息技術的進一步發展。

 

等離激元在亞波長尺寸光操控方面具有優異特性，故在亞波長光電集成領域備受矚目；如何實現亞波長尺度的光電集成架構成為當下研究熱點。由于具有原子量級的小尺寸(1～3 nm)、高遷移率、平均自由程長、寬光譜響應等諸多優勢，碳納米管被認為是“后摩爾時代”的理想材料，有望用來實現片上的亞波長尺寸光電集成。目前尚未發現碳管亞波長等離激元集成架構的相關研究報道。

 

技術人員系統地發明了一種可完美兼容等離激元結構的無摻雜技術。具體說來，首先采用鈀（Pd）金屬和鈧（Sc）金屬分別實現與碳納米管的p型和n型接觸，進而構建碳納米管二極管和場效應晶體管；與此同時，采用金（Au）來構建等離激元波導。一方面，采用對稱電極的高性能碳管晶體管可與Au波導集成形成在片電驅動的表面等離激元（surface plasmon polariton，SPP）源。另一方面，Au波導可以通過結合虛電極技術構建光伏形式的SPP探測器；虛電極技術的引入可有效提高在片SPP探測器的信噪比。采用同樣的工藝，還可同時在基底上制備電子器件、光電器件以及無源的等離激元組分，從而克服傳統材料中電子器件與光電器件制備工藝不兼容的問題。在此基礎上，通過在片利用無摻雜技術集成亞波長等離激元波導，實現完整的等離激元回路，這是電驅動等離激元回路的首次實現；區別于傳統的光互連過程，利用等離激元作為傳播媒介的互聯過程可打破光學衍射極限，為“后摩爾時代”的超越互補金屬氧化物半導體架構提供重要參考。