记者6日从中国科学技术大学获悉，该校孙海定教授课题组与武汉大学刘胜院士团队合作，在国际上首次提出了新型三电极光电PN结二极管结构，构筑载流子调制新方法，实现了第三端口外加电场对二极管光电特性的有效调控。相关研究成果日前在线发表于期刊《自然•电子学》。

光电二极管作为光电子集成芯片中必需的基本元件，已被广泛应用于LED、激光器、探测器等。然而，无论是作为发光单元还是探测单元的光电二极管，均需配置相应的外部驱动电路来实现电信号和光信号之间的转换。这一传统模式极大地限制了整个光电系统的信号传输速度和带宽，也不可避免地增大了系统体积和复杂度，限制了整个光电技术的集成与发展。

研究人员通过在P型区域引入“第三电极”，将传统的光电二极管与一个“金属-氧化物-半导体”结构进行巧妙而又紧凑的片上器件集成。这种三端二极管减少了光通信系统中对外部偏置器电路的需求，实现了更小体积、更宽带宽的光通信系统。

此外，团队还基于该新型光电二极管构建了光通信系统和可重构光电逻辑门系统，展示了该器件在光通信和光逻辑运算中的巨大应用潜力。

研究人员表示，由于该器件结构和制作工艺十分简单，该新型场效应调控光电二极管架构的提出，可被广泛应用于其他由各种半导体材料制成的有源光电子集成芯片和器件平台上，对推动下一代高速和多功能光电子集成芯片的发展有着重要价值。


什么是光电子集成芯片？

光电子集成芯片是一种由光电子器件、微电子器件以及微机械器件等多种元器件所组合而成的芯片。它主要依靠半导体制造技术，将电子、光子、热子等不同形式的信息处理器件集成到一起。这种芯片具有高速、高效、低功耗、体积小等特点，因此被广泛应用于通信、计算机及控制等领域。

具体来说，光电子集成芯片是将发射或接收光信号的有源光器件（如激光器、调制器、探测器或光放大器）、无源光器件（如光波导或光耦合器）与相关的驱动电路、放大电路、信号处理电路、监测控制电路等电子器件集成在同一芯片上，完成某一特定功能或子系统功能。

随着现代科技的发展，光电子集成芯片的应用范围也越来越广泛。它不仅在通信领域得到广泛应用，如合成孔径雷达、飞行器通信等，还在图像处理、智能家居、医疗器械等领域被广泛运用。此外，光电子集成芯片在日常生活中也随处可见，如手机、电脑、智能手环等等。

21世纪以来，光子芯片经历了从单元器件到规模化集成的飞速发展，在超高速通信、高性能计算、大容量光互连和高精度光学传感等领域展现出巨大的优势，学术界和工业界达成共识：光电集成芯片有望延续摩尔定律，利用光电集成芯片进行信息交互是突破电子计算机发展瓶颈的关键技术和有效途径，有望缓解甚至解决我国“芯片之痛”。

光电集成芯片应用前景

硅光芯片融合了先进的微电子加工工艺和光子学前沿理论，在硅基芯片上集成激光器、光波导、光调制器和光探测器等光子信息组件，以光子作为信息载体，实现信息的传递、交互与计算等。

相较于传统电子技术，硅光技术在信息处理的速度和能效方面呈现显著的优势，为摩尔定律延续提供有力支撑。近年来，硅光信息技术在全球范围内受到了高度关注与重视，美国、欧盟等西方发达国家和地区纷纷将光电集成技术列入国家发展的战略性规划之中。

我国与国际同步在硅光技术领域完成了战略布局且持续投入，从国家层面的“十三五”到“十四五”规划，对集成电路、新一代人工智能技术均明确了发展目标与战略需求，科技部、中国科学院等科技国家队也先后部署相关的先导专项、重大科技项目，包括建设先进的光电芯片制造工艺平台、光电芯片的前瞻性探索，并完善光电芯片的产业生态链，以解决我国光电信息产业的无“芯”之痛，提升我国在光电产业中的话语权。

在海量数据处理和人工智能对算力需求爆发性增长的今天，硅光技术在现代信息技术中扮演着至关重要的角色，将为多领域带来颠覆性的技术革新。人工智能技术应用的关键是算力的提升，在高性能计算机架构中，采用与具体应用模式相匹配的加速器系统结构是提高计算能效比、降低功耗的有效途径。

最典型的成功例子是通过流式计算应用与图形处理器芯片的匹配，实现数量级的能效提升。但面对诸如类脑计算、深度学习、智能感知等领域应用时，运用基于冯·诺依曼结构的电子计算机进行匹配加速明显效果不佳，而光学神经网络在这方面展示出了独特的优势。光矩阵运算具备时间和空间并行性、传播容量大等特性。

光神经网络的深度学习算法可以直接映射，而不仅仅是简单地对神经网络进行模拟，通过结合光计算通路的无电容效应特性，基于光矩阵运算的神经网络计算机的能效可以得到极大提升，从而突破功耗墙的束缚。

在信息传输和交互方面，大数据时代的数据中心对超低延时、超高传输速率和更低能耗的信息交互需求不断增长，光电集成技术可在信息交互容量、器件体积、数据传输能效等方面实现数量级的优化。

在卫星激光通信与深空探索中，光电集成芯片有望颠覆传统的通信终端，建立更快、更强、更稳的星地、星间太空高速路，加快“空天地一体化”的发展步伐。硅光技术通过光传电控的技术思路，为新型光电混合超级计算带来了巨大的想象空间，为实现超高算力开辟了新的路径。

智能驾驶时代的到来对汽车感知能力提出了苛刻的需求，而硅光技术有望对汽车激光雷达系统产生变革，建立起更安全、高效的智能驾驶系统。此外，硅光技术在高精度、高灵敏度的生物传感、精准医疗诊断与健康监测等领域具有重大的应用潜力。


光芯片国产化率分析

光芯片是现代通信技术的核心组件之一，其国产化率直接关系到我国通信技术的发展水平和国家安全。近年来，我国在光芯片研发和生产方面取得了一些进展，但与国际先进水平相比，仍存在一定差距。本文将从以下几个方面对光芯片的国产化率进行分析。


一、光芯片的重要性

光芯片是利用半导体工艺在芯片上实现光子器件的功能，其优点在于可以实现高速、低损耗、高可靠性的信息传输。在现代通信领域，光芯片的应用已经越来越广泛，尤其是在5G、数据中心、卫星通信等领域，光芯片的作用尤为重要。因此，提高光芯片的国产化率，对于提升我国通信技术的整体水平和国家安全具有重要意义。


二、国内光芯片生产现状及问题

目前，我国的光芯片生产主要集中在一些大型国有企业和科研院所，如华为、中兴通讯、中国科学院等。这些企业和单位在光芯片研发和生产方面取得了一些进展，但在生产过程中仍然存在一些问题。例如，生产工艺不够成熟、生产线自动化程度低、原材料依赖进口等等。这些问题的存在导致了我国光芯片的国产化率较低，无法满足国内市场的需求。

三、提高光芯片国产化率的措施

为了提高光芯片的国产化率，需要采取以下措施：

1. 加强科研投入，提高研发水平。我国应该加大对光芯片相关科研项目的投入，提高科研院所和企业的研发能力，推动技术进步。

2. 提高生产线自动化程度。生产工艺的自动化程度直接影响到生产效率和产品质量。因此，我国应该引进先进的自动化生产设备，提高生产线自动化程度，降低人为因素对产品质量的影响。

光芯片市场竞争格局光芯片市场一直以来都是众多企业和研究机构关注的焦点。随着技术的不断进步，光芯片已经成为许多领域中不可或缺的一部分。然而，随着市场规模的不断扩大，光芯片市场的竞争格局也在不断变化。

在光芯片市场中，按照应用领域可以分为电信、数据中心、消费电子、航空航天、医疗等多个领域。在这些领域中，电信和数据中心是光芯片市场最大的两个应用领域。在这两个领域中，光芯片的应用主要集中在传输和分发两个方面。因此，这两个领域对于光芯片的性能和技术要求非常高，同时也具有非常大的市场潜力。