等離子體激元領(lǐng)域（利用光子撞擊金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電子波來實現(xiàn)光電子過程）在過去的五年中一直在研究領(lǐng)域發(fā)展勢頭良好。等離子體激元已經(jīng)使各種有趣的事情成為可能，例如限制光的波長以設(shè)計更小的光子器件。納米材料的鼻祖 - 單壁碳納米管 - 在這個爆炸領(lǐng)域可能仍然扮演著重要的角色。

中國北京大學的研究人員已經(jīng)回到了單壁碳納米管（SWNTs）的研究，并將其用作構(gòu)建表面等離子體激元（SPP）基等離子體激元互連電路的活性通道材料。 （就像引物一樣，當光子撞擊金屬結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生的電子波在提到單獨的電荷振蕩時被稱為表面等離子體激元，或者當涉及電荷振蕩和電磁時稱為表面等離子體激元波。）

據(jù)悉，Science Advances雜志上介紹的這些最新的等離子體互連電路實際上建立在北京大學科學家以前進行的研究上。2014年，他們開發(fā)了一種使用SWNTs的無摻雜劑技術(shù)。

無摻雜劑的技術(shù)被稱為接觸來調(diào)整器件極性，這涉及到CMOS晶體管的對稱接觸，即用于N型晶體管的鈧鈧（Sc-Sc）和鈀 - 鈀（Pd- Pd）用于P型晶體管。光電二極管使用不對稱接觸，如Pd-Sc。

2014實驗和這項最新研究的首席研究員Lin Mao Peng在接受IEEE Spectrum的電子郵件采訪時說：“這種無摻雜技術(shù)比目前半導體行業(yè)使用的摻雜方法簡單得多。它與等離子體激元相比更加相容，因為您只需要選擇不同類型的金屬就可以用相同的制造技術(shù)來實現(xiàn)不同的功能。”

這種無摻雜技術(shù)使得制造由光伏級聯(lián)探測器，金條波導和電驅(qū)動表面等離子體激元源組成的完整等離子體互連電路成為可能。Peng說，這些可能被用作單片光學連接和混合光電邏輯的光電集成電路。

Peng指出，制造這些器件的無摻雜方法的本質(zhì)是歐姆或“無障礙”的接觸，這意味著對活性溝道材料的導帶或價帶沒有肖特基勢壘。雖然無摻雜技術(shù)使得其設(shè)備的設(shè)計成為可能，但是SWNT對其功能至關(guān)重要。

Peng說：“迄今為止，單壁碳納米管是同時滿足鈀和鈧價帶和導帶要求的唯一候選材料。由于費米釘扎效應(yīng)很強，納米線不能滿足這個要求。石墨烯是一種零帶隙材料，不能用作構(gòu)建晶體管或達到數(shù)字集成電路層面的有源溝道材料?！?/p>

在操作中，裝置通過電激勵單壁奈米碳管起作用，所述單壁碳納米管將其激發(fā)能量釋放到近場區(qū)域中的表面等離子體激元極化（SPP）。之后，這些SPP在金條波導底面向檢測器傳播。最后，傳播的SPP被近場光伏級聯(lián)探測器直接吸收并轉(zhuǎn)換成電信號。

Peng說，這個過程的關(guān)鍵特點是互連的傳導介質(zhì)是從源到探測器的SPP。這使得超出衍射極限的等離子體激元互連電路的構(gòu)建成為可能。

但是，據(jù)Peng介紹，在這個整合方案在商業(yè)應(yīng)用中是可行的之前，還需要更多的材料工程。這讓人想起那些困擾碳納米管的古老怪物：純凈和讓他們在你想要的地方。

Peng說：“碳納米管的半導體純度應(yīng)該進一步提高到單手性水平，以提高源的輸出。此外，CNT形態(tài)應(yīng)該排列成間距有限的平行陣列，以提高光源的耦合效率和檢測器的檢測效率?！?/p>

現(xiàn)在彭和他的同事們已經(jīng)成功地在亞波長范圍內(nèi)構(gòu)建了一個完整的等離子體內(nèi)連線電路，下一步將是將這些等離子體激元器件與能夠進行信號處理的基于CNT的CMOS集成電路集成在一起。