[发明专利]集成纳米微腔电流放大器

说明书

技术领域

本发明属于新结构的电流放大器，涉及一种集成纳米微腔电流放大器。

背景技术

当今社会，光电子器件正起到越来越重要的作用。人们对更高速的电脑运行速度要求和各行各业对光电子器件的越来越多的需求正导致光电子器件尺寸的小型化，并且要有良好的高速反应特性和高频特性。随着纳米微加工技术的发展和成熟，光电子器件在小型化上也正在飞速的发展。在过去的数十年中光电子器件的尺寸持续减小，并且这个趋势也会持续下去。

由于器件尺寸的减小，传统器件的理论正面临量子力学的挑战。由于能带结构、泡利不相容原理等量子力学效应带来的载流子费米能级分布将代替经典意义上的波尔兹曼分布。为了突破传统器件的量子理论局限，新兴的纳米光电子器件正在越来越多的被国际关注。碳纳米管、纳米线、量子点等等被广泛研究和学习。

在传统的光电器件中，虽然有着很好的响应速度和高频特性，但是由于光波长的限制和衍射效应的影响，很难将器件尺寸做到亚波长甚至纳米量级。而传统的电子器件虽然可以将尺寸做到纳米量级，但是又由于其过于依赖电子漂移速度，使得响应速度和高频特性较低，在高频区往往面临无法工作的难题。以通常意义上的场效应三极管为例，为了获得更高的响应速度，不得不将基区宽度做的很窄，但是理论上又面临着基区宽度过窄导致的量子遂穿和基区宽度调变效应的影响。

表面等离子体激元是指光子与导体中的自由电子相互作用而被俘获，外来电磁场激发引起的金属中电荷密度涨落，产生集体振荡，辐射出的电磁模式。这种电磁模式满足麦克斯韦方程组，并且在垂直导体表面的两个方向上都成指数衰减，能量不能够从表面逃逸，从而自由电子和光波产生的持续性共振，使得光的波矢量发生改变从而被局域在导体表面传播。

鉴于表面等离子体激元的特性，它可以将电磁场能量限制在亚波长甚至纳米量级，而且其反应速度远远高于传统的电子器件，是一种同时实现高反应速度和小尺寸光电子器件的解决办法，并在国际上被广为研究。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供一种基于表面等离子激元效应、尺寸纳米量级具有良好反应速度和高频特性的集成纳米微腔电流放大器。

集成纳腔电流放大器，包括电流放大电极、信号电极、总电流电极、n型掺杂波导、p型掺杂波导、电致发光材料和衬底，在衬底上集成有电致发光材料和p型掺杂波导，在p型掺杂波导结构上集成有n型掺杂波导，n型掺杂波导、p型掺杂波导、电致发光材料的顶面在同一平面上，并且粗糙度小于2纳米，在n型掺杂波导顶部集成有电流放大电极，p型掺杂波导顶部集成有信号电极，电致发光材料顶部集成有总电流电极。

本发明的电流放大器具有尺寸小、反应速度快、高频特性好于目前商用的三极管器件，并且除了提供三极管类似的电流放大效果之外，还可以用作纳米微腔发光器件。其应用广泛，并不限于本身三极管的工作范围。

附图说明

图1为本发明集成纳米微腔电流放大器的立体图。

图2为本发明集成纳米微腔电流放大器剖面的平面图。

图3为本发明的共信号电极电流放大接法。

图4为本发明的共总电流电极电流放大接法。

图5为本发明的正偏纳米光源发光接法。

图中：1、电流放大电极、2、信号电极、3、总电流电极、4、n型掺杂波导、5、p型掺杂波导、6、电致发光材料，7、衬底。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1图2所示，集成纳腔电流放大器，包括电流放大电极1、信号电极2、总电流电极3、n型掺杂波导4、p型掺杂波导5、电致发光材料6和衬底7，在衬底7上集成有电致发光材料6和p型掺杂波导5，在p型掺杂波导5结构上集成有n型掺杂波导4，n型掺杂波导4、p型掺杂波导5、电致发光材料6的顶面在同一平面上，并且粗糙度小于2纳米，在n型掺杂波导4顶部集成有电流放大电极1，p型掺杂波导5顶部集成有信号电极2，电致发光材料6顶部集成有总电流电极3。

所述n型掺杂波导4、p型掺杂波导5、电致发光材料6，这3个结构的厚度结构小于电致发光材料6在通电情况下发光波长的一半，形成亚波长的光波导微腔结构。

所述电流放大电极1和信号电极2之间，信号电极2和总电流电极3之间的距离都很小，在保证电极通电之后不会被电击穿的基础上，在理论计算上要使得漏出器件之外的能量尽可能的小，均小于等于100纳米。