本发明专利技术提供一种垂直结构的光电逻辑开关，属于半导体光电集成技术领域。所述光电逻辑开关包括：设置于顶层的光探测单元，用于将探测到的光信号转换为电流信号；设置于中间层的阻抗单元，其输入端与所述光探测单元的输出端电连接；所述阻抗单元用于将所述光探测单元产生的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号放大至所述逻辑电路的探测范围；设置于底层的逻辑单元，其输入端与所述阻抗单元的输出端电连接；所述逻辑单元用于实现将所述阻抗单元输出的低电平电压信号反向转换成高电平电压信号输出。本发明专利技术能够实现光电集成和逻辑运算，还能简化了制备工艺，缩小器件体积。缩小器件体积。缩小器件体积。
【技术实现步骤摘要】
一种垂直结构的光电逻辑开关
[0001]本专利技术涉及半导体光电集成
，特别涉及一种垂直结构的光电逻辑开关。
技术介绍
[0002]自上个世纪60年代开始，微电子领域集成电路技术获得了突飞猛进的发展。三十年来，CMOS工艺的特征尺寸持续减小，器件的速度不断提高，单片上集成的器件密度不断增大，使芯片制造的工艺线宽进入深亚微米，但这会导致芯片上寄生电容和信号串扰等互连线的寄生效应越来越显著，形成集成电路发展所谓的“电子瓶颈”。由于光子传输速度远大于电子速度，光信号的复用能力和抗干扰能力都比电信号要强，利用这些光互连的先天优势，如果将电路计算所得的电信号转化成光信号进行传输，电互连的种种问题都有望得到解决。
[0003]自集成光学的概念提出以来，从理论形成到技术开发，集成光学已产生了巨大的社会影响。半导体光电子集成由于其集成度高、信息量大、速度快等优点被认为是实现高性能、低成本的光电子器件的有效途径。硅材料通过微电子技术改变了世界，它也将成为光子技术的关键材料。最近几年，硅基光子学取得了令人瞩目的成就，由于硅基光子学技术与CMOS工艺的兼容性，使得硅基光子器件与微电子电路在同一块硅基片上的单片集成成为可能。
[0004]目前针对光电探测器和逻辑电路的互联技术存在很多的问题。首先，实现光信号到电信号的传输，存在信号小于检测水平的问题，并且，光电流需要实现电流到电压的转变，才能作为输入信号传入逻辑电路中；其次，光信号通常以某一波段为主体，一种器件只能感知传输一个波段，极大的限制了器件体积的缩小，应用受到局限。
技术实现思路
[0005]本专利技术实施例提供了一种垂直结构的光电逻辑开关，用于解决现有技术中光电探测和逻辑电路互联存在的问题。本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]本专利技术的实施例提供一种垂直结构的光电逻辑开关，包括：光探测单元、阻抗单元和逻辑单元；
[0007]所述光探测单元设置于顶层，用于将探测到的光信号转换为电流信号；
[0008]所述阻抗单元设置于所述光探测单元的下一层，其输入端与所述光探测单元的输出端电连接；所述阻抗单元用于将所述光探测单元产生的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号放大至所述逻辑电路的探测范围；
[0009]所述逻辑单元设置于底层，其输入端与所述阻抗单元的输出端电连接；所述逻辑单元用于实现将所述阻抗单元输出的低电平电压信号反向转换成高电平电压信号输出。
[0010]可选地，所述光电逻辑开关包括：至少一个光探测单元，以及与所述光探测单元相等数量的阻抗单元。
[0011]可选地，所述逻辑单元，包括：
[0012]置于底层的衬底；
[0013]集成在所述衬底上的第一二维二硫化钼层、第一电极、第三电极，所述第一电极和第三电极分设于所述第一二维二硫化钼层的两端；
[0014]设置于所述第一二维二硫化钼层顶部、位于所述第一电极和第三电极之间的第二电极；
[0015]设置于所述第二电极与第三电极之间的第一二维氮化硼层和第四电极；所述第一二维氮化硼层设置于所述第一二维二硫化钼层上，所述第四电极设置于所述第一二维氮化硼层上。
[0016]可选地，所述光电逻辑开关包括第一阻抗单元；
[0017]所述第一阻抗单元包括：
[0018]集成在所述第三电极和第四电极上的第二二维二硫化钼层，用作所述第一阻抗单元的电阻；
[0019]设置于所述第二二维二硫化钼层两端的第五电极、第六电极；所述第五电极与第三电极电连接，所述第六电极与第四电极电连接。
[0020]可选地，所述光电逻辑开关包括第一光探测单元；
[0021]所述第一光探测单元包括：
[0022]与所述第五电极电连接的第七电极，用作所述第一光探测单元等效光电晶体管的源极；
[0023]与所述第六电极电连接第八电极，用作所述第一光探测单元等效光电晶体管的漏极；
[0024]集成在所述第五电极和第六电极上的第一光敏二维材料层，所述第一光敏二维材料层连通所述第七电极和第八电极，用作所述第一光探测单元等效光电晶体管的沟道材料；其中，所述第一光敏二维材料为对所述第一光探测单元所需要探测的第一预设波段光信号敏感的二维材料。
[0025]可选地，所述逻辑单元，还包括：
[0026]设置于所述第一电极与第二电极之间的第二二维氮化硼层和第九电极；所述第二二维氮化硼层设置于所述第一二维二硫化钼层上，所述第九电极设置于所述第二二维氮化硼层上。
[0027]可选地，所述光电逻辑开关还包括第二阻抗单元；
[0028]所述第二阻抗单元包括：
[0029]集成在所述第一电极和第九电极上的第三二维二硫化钼层，用作所述第二阻抗单元的电阻；
[0030]设置于所述第三二维二硫化钼层两端的第十电极、第十一电极；所述第十电极与第一电极电连接，所述第十一电极与第九电极电连接。
[0031]可选地，所述光电逻辑开关还包括第二光探测单元；
[0032]所述第二光探测单元包括：
[0033]与所述第十电极电连接的第十二电极，用作所述第二光探测单元等效光电晶体管的源极；
[0034]与所述第十一电极电连接第十三电极，用作所述第二光探测单元等效光电晶体管
的漏极；
[0035]集成在所述第十电极和第十一电极上的第二光敏二维材料层，所述第二光敏二维材料层连通所述第十二电极和第十三电极，用作所述第二光探测单元等效光电晶体管的沟道材料；其中，所述第二光敏二维材料为对所述第二光探测单元所需要探测的第二预设波段光信号敏感的二维材料。
[0036]可选地，所述第一光敏二维材料和第二光敏二维材料分别为二维二碲化钼、二维二硫化钼。
[0037]可选地，所述第七电极和第八电极之间的距离可调，和/或
[0038]所述第十二电极和第十三电极之间的距离可调。
[0039]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0040]本专利技术实施例中，通过光探测单元实现了光信号到电信号的转换，通过阻抗单元实现了电信号的传输以及电流信号到电压信号的转变和电信号的放大；通过逻辑单元实现了电信号的运算，实现了低电平到高电平的反向输出。本专利技术提供的逻辑开关，通过光探测单元、阻抗单元和逻辑单元组成垂直结构，通过三个单元在垂直方向上的集成，实现了预设光波段的光电集成和逻辑运算，不仅能够解决现有技术中光电探测和逻辑电路互联存在的问题，实现光电集成和逻辑运算，还简化了制备工艺，并缩小了器件的体积，进一步地，采用同一设计原理，可以在逻辑单元之上，叠加多个阻抗单元和光探测单元的竖直结构，即可实现对多个不同波段的光电集成和逻辑运算。
附图说明
[0041]图1为本专利技术提供的一种垂直结构的光电逻辑开关的结构示意图；
[0042]图2为本专利技术提供的一种垂直结构的光电逻辑开关实施例一的结构示意图；
[0043]图3为本专利技术提供的一种垂直结构的光电逻辑开关实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种垂直结构的光电逻辑开关，其特征在于，包括：光探测单元、阻抗单元和逻辑单元；所述光探测单元设置于顶层，用于将探测到的光信号转换为电流信号；所述阻抗单元设置于所述光探测单元的下一层，其输入端与所述光探测单元的输出端电连接；所述阻抗单元用于将所述光探测单元产生的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号放大至所述逻辑电路的探测范围；所述逻辑单元设置于底层，其输入端与所述阻抗单元的输出端电连接；所述逻辑单元用于实现将所述阻抗单元输出的低电平电压信号反向转换成高电平电压信号输出。2.根据权利要求1所述的垂直结构的光电逻辑开关，其特征在于，所述光电逻辑开关包括：至少一个光探测单元，以及与所述光探测单元相等数量的阻抗单元。3.根据权利要求2所述的垂直结构的光电逻辑开关，其特征在于，所述逻辑单元，包括：置于底层的衬底(1)；集成在所述衬底(1)上的第一二维二硫化钼层(2)、第一电极(3)、第三电极(5)，所述第一电极(3)和第三电极(5)分设于所述第一二维二硫化钼层(2)的两端；设置于所述第一二维二硫化钼层(2)顶部、位于所述第一电极(3)和第三电极(5)之间的第二电极(4)；设置于所述第二电极(4)与第三电极(5)之间的第一二维氮化硼层(6)和第四电极(9)；所述第一二维氮化硼层(6)设置于所述第一二维二硫化钼层(2)上，所述第四电极(9)设置于所述第一二维氮化硼层(6)上。4.根据权利要求3所述的垂直结构的光电逻辑开关，其特征在于，所述光电逻辑开关包括第一阻抗单元；所述第一阻抗单元包括：集成在所述第三电极(5)和第四电极(9)上的第二二维二硫化钼层(7)，用作所述第一阻抗单元的电阻；设置于所述第二二维二硫化钼层(7)两端的第五电极(10)、第六电极(11)；所述第五电极(10)与第三电极(5)电连接，所述第六电极(11)与第四电极(9)电连接。5.根据权利要求4所述的垂直结构的光电逻辑开关，其特征在于，所述光电逻辑开关包括第一光探测单元；所述第一光探测单元包括：与所述第五电极(10)电连接的第七电极(12)，用作所述第一光探测单元等效光电晶体管的源极；与所述第六电极(11)电连接第八电极(13)，用作所述第一光探测单元等效光电晶体管的漏极；集成在所述第五电极(10)和第...
【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，黄梦婷，张铮，汤文辉，刘璇，王利华，陈匡磊，尚金森，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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