半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊：基于兩端或兩電極的電子器件結(jié)構(gòu)（Two-terminal devices）是構(gòu)建現(xiàn)代電子系統(tǒng)的最基礎(chǔ)、最簡(jiǎn)單的元件。然而，典型兩電極體系器件結(jié)構(gòu)會(huì)限制它們功能的多樣化和性能的提升。

近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院iGaN實(shí)驗(yàn)室的Muhammad Hunain Memon博士、余華斌博士，孫海定教授等聯(lián)合武漢大學(xué)劉勝院士團(tuán)隊(duì)等，在Nature Electronics上以“A three-terminal light emitting and detecting diode”發(fā)文，報(bào)道了一種多功能三端（三電極）二極管（three-terminal diode: TTD）,并被主編推選為當(dāng)期封面論文（如圖1所示）。

該新型光電二極管主要由傳統(tǒng)兩端氮化鎵基p-n二極管，以及直接在p型GaN層上由金屬/Al2O3介質(zhì)層組成的單片集成的第三電極third terminal (Tt) 組成（如圖2所示）。當(dāng)該三端二極管作為發(fā)光二極管LED工作時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)施加到第三電極Tt上的偏置電壓，以調(diào)節(jié)LED的發(fā)光強(qiáng)度（如圖3所示）。同時(shí)，由于引入第三電極Tt且該電極又具備集成偏置器（bias-tee)的功能，該器件的調(diào)制帶寬可以從原來(lái)的 p-n 二極管中的160MHz大幅增加到263MHz（如圖4所示）。此外，當(dāng)該新型器件作為光電探測(cè)二極管工作時(shí)，在第三端Tt上施加的電壓和入射光都可以作為控制輸出光電流大小的信號(hào)輸入，提供可重構(gòu)的光電邏輯門(mén)，包括NAND和NOR等（如圖5所示）。該新型器件的提出和實(shí)現(xiàn)，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)光電集成芯片、高速光通信和光計(jì)算提供了一種全新的器件架構(gòu)。

圖1：論文入選四月份期刊封面論<https://www.nature.com/natelectron/>

圖2: Three-terminal optoelectronic diode的制備和器件表征。

圖3: 新型光電二極管的電學(xué)和光學(xué)特性。

圖4: 新型光電二極管在光學(xué)無(wú)線通信（optical wireless communication ，OWC）系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過(guò)巧妙利用光電單片集成設(shè)計(jì)，大幅提升器件工作帶寬。

圖5: 用于光電邏輯門(mén)（optoelectronic logic gates，OELG）的新型三端光探測(cè)器的實(shí)現(xiàn)。

文獻(xiàn)鏈接Memon, M.H., Yu, H., Luo, Y. et al. A three-terminal light emitting and detecting diode. Nature Electronics, 7, 279–287 (2024). 

<https://www.nature.com/articles/s41928-024-01142-y>