单壁碳纳米管在等离子体激元领域中的发展解读

等离子体激元领域（利用光子撞击金属结构产生的电子波来实现光电子过程）在过去的五年中一直在研究领域发展势头良好。等离子体激元已经使各种有趣的事情成为可能，例如限制光的波长以设计更小的光子器件。纳米材料的鼻祖 - 单壁碳纳米管 - 在这个爆炸领域可能仍然扮演着重要的角色。

中国北京大学的研究人员已经回到了单壁碳纳米管（SWNTs）的研究，并将其用作构建表面等离子体激元（SPP）基等离子体激元互连电路的活性通道材料。 （就像引物一样，当光子撞击金属结构时产生的电子波在提到单独的电荷振荡时被称为表面等离子体激元，或者当涉及电荷振荡和电磁时称为表面等离子体激元波。）

据悉，Science Advances杂志上介绍的这些最新的等离子体互连电路实际上建立在北京大学科学家以前进行的研究上。2014年，他们开发了一种使用SWNTs的无掺杂剂技术。

无掺杂剂的技术被称为接触来调整器件极性，这涉及到CMOS晶体管的对称接触，即用于N型晶体管的钪钪（Sc-Sc）和钯 - 钯（Pd- Pd）用于P型晶体管。光电二极管使用不对称接触，如Pd-Sc。

2014实验和这项最新研究的首席研究员Lin Mao Peng在接受IEEE Spectrum的电子邮件采访时说：“这种无掺杂技术比目前半导体行业使用的掺杂方法简单得多。它与等离子体激元相比更加相容，因为您只需要选择不同类型的金属就可以用相同的制造技术来实现不同的功能。”

这种无掺杂技术使得制造由光伏级联探测器，金条波导和电驱动表面等离子体激元源组成的完整等离子体互连电路成为可能。Peng说，这些可能被用作单片光学连接和混合光电逻辑的光电集成电路。

Peng指出，制造这些器件的无掺杂方法的本质是欧姆或“无障碍”的接触，这意味着对活性沟道材料的导带或价带没有肖特基势垒。虽然无掺杂技术使得其设备的设计成为可能，但是SWNT对其功能至关重要。

Peng说：“迄今为止，单壁碳纳米管是同时满足钯和钪价带和导带要求的唯一候选材料。由于费米钉扎效应很强，纳米线不能满足这个要求。石墨烯是一种零带隙材料，不能用作构建晶体管或达到数字集成电路层面的有源沟道材料。”

在操作中，装置通过电激励单壁奈米碳管起作用，所述单壁碳纳米管将其激发能量释放到近场区域中的表面等离子体激元极化（SPP）。之后，这些SPP在金条波导底面向检测器传播。最后，传播的SPP被近场光伏级联探测器直接吸收并转换成电信号。

Peng说，这个过程的关键特点是互连的传导介质是从源到探测器的SPP。这使得超出衍射极限的等离子体激元互连电路的构建成为可能。

但是，据Peng介绍，在这个整合方案在商业应用中是可行的之前，还需要更多的材料工程。这让人想起那些困扰碳纳米管的古老怪物：纯净和让他们在你想要的地方。

Peng说：“碳纳米管的半导体纯度应该进一步提高到单手性水平，以提高源的输出。此外，CNT形态应该排列成间距有限的平行阵列，以提高光源的耦合效率和检测器的检测效率。”

现在彭和他的同事们已经成功地在亚波长范围内构建了一个完整的等离子体内连线电路，下一步将是将这些等离子体激元器件与能够进行信号处理的基于CNT的CMOS集成电路集成在一起。