基于碳纳米管的红外光电器件及集成研究

碳纳米管具有优异的电学特性和光学特性，是构建下一代光电集成电路的候选材料之一。本项目拟主要通过对单根半导体碳纳米管非对称接触电极构造的无肖特基势垒二极管的发光特性、光电特性以及简单光电集成进行系统综合研究，分析影响器件光电性能的因素和变化规律，逐步优化完善单个器件的性能，使器件的性能达到国际先进水平。主要研究内容包括：（1）碳管二极管的光电特性研究：重点研究器件光电特性与沟道长度、碳管直径等的依赖关系。（2）碳管二极管红外发光特性研究：系统研究器件发光光谱特性以及发光效率随直径、沟道长度、外加栅压、介质环境、温度等变化的规律，优化器件的结构和工艺，获得低工作电压、高效率的红外发光二极管。（3）探索与碳纳米管逻辑器件相结合的纳米光电子器件的简单集成技术，发展出基于碳纳米管电子器件的新型光电集成单元，为下一步的纳米光电子学应用打下基础。

半导体碳纳米管是直接带隙材料，其在纳米光电器件应用方面具有非常巨大的前景。本项目主要研究了基于非对称接触的碳管光电二极管的发光和光电转换特性，获得了以下研究成果。（1）在碳管二极管的光电特性研究方面：重点研究器件光电特性与沟道长度、碳管直径等的依赖关系。在此基础上研究了基于单根碳管和薄膜碳管体系的光电二极管器件特性。采用引入虚电极的方法,首次实现碳管的级联电池并获得高效的光电压倍增效应。 .（2）碳管二极管红外发光特性研究：系统研究器件发光光谱特性以及发光效率的影响因素，优化器件的结构和工艺，获得低工作电压、高效率的红外发光二极管。已经系统研究了基于单根碳管和平行阵列碳管体系的发光二极管器件特性，获得一系列研究成果，在后边的内容详述。.（3）探索与碳纳米管逻辑器件相结合的纳米光电子器件的简单集成技术，发展出基于碳纳米管电子器件的新型光电集成单元。初步实现了碳纳米管的光探测器件和逻辑晶体管器件集成，成功地在一根碳管上将数字光信号转换成数字逻辑电路的电平。相关研究结果正在准备整理成文。