CN117334765A - 使用光电探测器的方法以及相应的电路 - Google Patents
使用光电探测器的方法以及相应的电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117334765A CN117334765A CN202310789961.4A CN202310789961A CN117334765A CN 117334765 A CN117334765 A CN 117334765A CN 202310789961 A CN202310789961 A CN 202310789961A CN 117334765 A CN117334765 A CN 117334765A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photodetector
- logic
- light
- wavelength
- switching element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 97
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 97
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 42
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 37
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 23
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 17
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 6
- AUCDRFABNLOFRE-UHFFFAOYSA-N alumane;indium Chemical compound [AlH3].[In] AUCDRFABNLOFRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 13
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 11
- VVNRQZDDMYBBJY-UHFFFAOYSA-M sodium 1-[(1-sulfonaphthalen-2-yl)diazenyl]naphthalen-2-olate Chemical compound [Na+].C1=CC=CC2=C(S([O-])(=O)=O)C(N=NC3=C4C=CC=CC4=CC=C3O)=CC=C21 VVNRQZDDMYBBJY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 102100038191 Double-stranded RNA-specific editase 1 Human genes 0.000 description 6
- 102100024692 Double-stranded RNA-specific editase B2 Human genes 0.000 description 6
- 101000742223 Homo sapiens Double-stranded RNA-specific editase 1 Proteins 0.000 description 6
- 101000686486 Homo sapiens Double-stranded RNA-specific editase B2 Proteins 0.000 description 6
- 101000686491 Platymeris rhadamanthus Venom redulysin 1 Proteins 0.000 description 6
- 101000686495 Platymeris rhadamanthus Venom redulysin 2 Proteins 0.000 description 6
- WPPDXAHGCGPUPK-UHFFFAOYSA-N red 2 Chemical compound C1=CC=CC=C1C(C1=CC=CC=C11)=C(C=2C=3C4=CC=C5C6=CC=C7C8=C(C=9C=CC=CC=9)C9=CC=CC=C9C(C=9C=CC=CC=9)=C8C8=CC=C(C6=C87)C(C=35)=CC=2)C4=C1C1=CC=CC=C1 WPPDXAHGCGPUPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- FFEARJCKVFRZRR-UHFFFAOYSA-N methionine Chemical compound CSCCC(N)C(O)=O FFEARJCKVFRZRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- -1 nitride compound Chemical class 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/20—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits characterised by logic function, e.g. AND, OR, NOR, NOT circuits
-
- H01L31/022408—
-
- H01L31/03044—
-
- H01L31/035272—
-
- H01L31/109—
-
- H01L31/1856—
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
提供使用光电探测器的方法和相应电路。光电探测器被构造成使得：在由第一波长的光照射时光电探测器中生成光电流；在由第二波长的光照射时因第一波长的光的照射而在光电探测器中生成的光电流被淬灭。该方法包括：使用第一波长的光照射光电探测器使得在光电探测器中生成光电流；使用第二波长的光照射同一光电探测器使得因第一波长的光的照射而在光电探测器中生成的光电流被淬灭。利用本发明，能有利地扩展光电探测器的应用。另外，该探测器可以与传统III族氮化物电子器件共用一个III族氮化物异质结载体，有助于实现以兼容的工艺在同一III族氮化物异质结构平台上对该探测器与传统III族氮化物电子器件进行单片集成和制造，并实现光电逻辑运算的能力。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器的使用，更具体而言，涉及一种使用光电探测器的方法以及相应的运算、放大电路。
背景技术
光电探测器是一种应用广泛的器件。现有技术中已经存在多种形式的光电探测器，可以用于多种用途。例如，US2016/0285020A1公开了一种基于ZnO的晶体管光电探测器，其根据采用的材料和结构可实现通过光照使流过晶体管的电流增加或减小，由此可对其所经受的光照强度进行测量或对其所吸收的光子进行计数。再如，CN107591457B公开了一种具有异质结材料的硅基光电探测器，旨在实现更高的光电流增益和更快的光响应速度。
尽管如此，仍然存在与光电探测器相关的技术挑战。
发明内容
本发明的目的在于提出一种方案，以扩展光电探测器的应用。
根据本发明的一方面，提供一种使用光电探测器的方法，每个所述光电探测器被构造成使得：在由第一波长的光照射时所述光电探测器中生成光电流；并且，在由第二波长的光照射时因所述第一波长的光的照射而在所述光电探测器中生成的光电流被淬灭，并且每个所述光电探测器包括：在第一方向上间隔开的第一金属电极和第二金属电极；异质结构，其沿所述第一方向布置在所述第一金属电极和所述第二金属电极之间，并且通过肖特基接触连接到所述第一金属电极和所述第二金属电极，所述异质结构包括在垂直于所述第一方向的第二方向上叠置的第一半导体层和第二半导体层以及介于所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的异质界面，其中所述第一半导体层和所述第二半导体层包括不同的基于III族氮化物的半导体材料，使得在所述异质界面处形成极化场，由此在所述异质界面处形成沿所述第一方向延伸的二维电子气通道。所述方法包括：使用所述第一波长的光照射一光电探测器使得在所述光电探测器中生成光电流；使用所述第二波长的光照射同一光电探测器使得因所述第一波长的光的照射而在所述光电探测器中生成的光电流被淬灭。
根据本发明的另一方面，提供一种逻辑电路，包括至少一个光电探测器，每个所述光电探测器被构造成使得：在由第一波长的光照射时所述光电探测器中生成光电流；并且，在由第二波长的光照射时因所述第一波长的光的照射而在所述光电探测器中生成的光电流被淬灭，并且每个所述光电探测器包括：在第一方向上间隔开的第一金属电极和第二金属电极；异质结构，其沿所述第一方向布置在所述第一金属电极和所述第二金属电极之间，并且通过肖特基接触连接到所述第一金属电极和所述第二金属电极，所述异质结构包括在垂直于所述第一方向的第二方向上叠置的第一半导体层和第二半导体层以及介于所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的异质界面，其中所述第一半导体层和所述第二半导体层包括不同的基于III族氮化物的半导体材料，使得在所述异质界面处形成极化场，由此在所述异质界面处形成沿所述第一方向延伸的二维电子气通道。
本申请基于以下发现：存在光电探测器能在由第一波长的光照射时生成光电流，并且在由不同的第二波长的光照射时能使因第一波长的光照射而生成的光电流淬灭。该光电流淬灭可用于使光电探测器中的光电流快速衰减。由此，利用本发明，能有利地扩展光电探测器的应用，例如促进将光电探测器用于实现逻辑运算和相应的逻辑电路。另外，该探测器具有横向金属-异质结构-金属的结构特征，可以与传统III族氮化物电子器件，例如高电子迁移率场效应晶体管、肖特基势垒二极管以及电子气电阻等，共用一个III族氮化物异质结载体，从而有助于实现以兼容的工艺在同一III族氮化物异质结构平台上对该探测器与传统III族氮化物电子器件进行单片集成和制造，这是有利的，例如对于实现逻辑运算和逻辑电路而言有利于简化工艺、降低成本、减小电路尺寸和功耗等。
附图说明
以示例的方式参考以下附图描述本发明的非限制性且非穷举性实施例，其中：
图1示出了本发明所涉及的光电探测器的一个示例的结构原理图；
图2示出了本发明所涉及的光电探测器的一个示例的细节；
图3示出了金属-异质结构-金属(MHM，Metal-Heterostructure-Metal)光电探测器中的光电流生成和光电流淬灭；
图4A示出了以脉冲形式施加UV光的情况下MHM光电探测器中的光电流；
图4B示出了在UV光作为背景光被施加期间以脉冲形式施加红光的情况下MHM光电探测器中的光电流；
图5A和图5B示意性示出了MHM光电探测器中的光电流生成和光电流淬灭的机理；
图6A和图6B示出了作为输入逻辑光信号的UV光被施加到MHM光电探测器的情况下该UV光与MHM光电探测器中的电流的逻辑电平对应关系；
图7A和图7B示出了作为背景光的紫外(UV，Ultraviolet)光被施加到MHM光电探测器的同时作为输入逻辑光信号的红光被施加到该MHM光电探测器的情况下该红光与MHM光电探测器中的电流的逻辑电平对应关系；
图8A和图8B示出了使用MHM光电探测器实现的逻辑“非(NOT)”门电路的一个示例，图8C示出了相关的逻辑电平对应关系；
图9示出了使用MHM光电探测器实现的逻辑“非(NOT)”门电路的另一个示例；
图10A和图10B示出了使用MHM光电探测器实现的逻辑“与(AND)”门电路的一个示例，图10C和图10D示出了相关的逻辑电平对应关系；
图11A和11B示出了使用MHM光电探测器实现的逻辑“或非(NOR)”门电路的一个示例，图11C和图11D示出了相关的逻辑电平对应关系；
图12A和图12B示出了使用MHM光电探测器实现逻辑运算的电路的一个示例。
具体实施方式
为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图及实施例进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。附图中所示出的特征未必按比例绘制。
在本文中描述的特征可以不同的形式体现，并且不应被解释为限于在本文中描述的示例。而是，提供在本文中描述的实施例仅仅是为了例示实施在本文中描述的结构、电路图、装置、设备和/或系统的许多可能方式中的一些，这些可能方式在理解本申请的公开内容之后将是明显的。
如在本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及相关联的所列项中的任何两个或更多个的任何组合。
尽管在本文中可以使用诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语来描述各种构件、部件、部分或要素，但是这些构件、部件、部分或要素不受这些术语限制。而是，这些术语仅被用来将一个构件、部件、部分或要素与另一个构件、部件、部分或要素区分开。因此，在不偏离本发明的教导的前提下，在本文中提及的第一构件、部件、部分或要素也可以称为第二构件、部件、部分或要素。
在本文中可以使用诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“之上”、“上部”、“上方”、“之下”、“下部”和“下方”之类的空间相对术语以便于描述，以描述如在图中示出的一个构件、部件、部分或要素与另一个构件、部件、部分或要素的关系。除了在图中描绘的取向之外，这样的空间相对术语意在还囊括在使用或操作中的结构或装置的不同取向。例如，如果图中的结构或装置被翻转，则相对于另一个构件、部件、部分或要素被描述为在“上”、“之上”、“上部”或“上方”的元件将相对于该另一个元件在“下”、“之下”、“下部”或“下方”。因此，术语“上”囊括上取向和下取向，取决于结构或装置的空间取向。结构或装置还可以其他方式定向(例如，旋转90度或处于其他取向)，并且应相应地解释在本文中使用的空间相对术语。
在本文中使用的术语仅用于描述各个实施例，并且不用来限制本公开内容。除非上下文另有明确指示，否则“一”、“一个”和“该”意在也可以包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”指定所陈述的特征、操作、构件、元件和/或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、操作、构件、元件和/或其组合。
本申请的发明人已经提出了一种基于III族氮化物异质结构的金属-异质结构-金属(MHM)光电探测器。该MHM光电探测器具有横向金属-异质结构-金属的结构特征，具体地可包括：在第一方向上间隔开的第一金属电极和第二金属电极；异质结构，其沿所述第一方向布置在所述第一金属电极和所述第二金属电极之间，并且通过肖特基接触连接到所述第一金属电极和所述第二金属电极，所述异质结构包括在垂直于所述第一方向的第二方向上叠置的第一半导体层和第二半导体层以及介于所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的异质界面，其中所述第一半导体层和所述第二半导体层包括不同的基于III族氮化物的半导体材料，使得在所述异质界面处形成极化场，由此在所述异质界面处形成沿所述第一方向延伸的二维电子气通道。对于该光电探测器，在极化诱导的电场下，光载流子可以被本征分离，这实现了光响应性和速度二者的显著提高。由于采用肖特基金属从侧面横向接触异质结的器件结构，该光电探测器具有以下性能：当温度从25摄氏度升高至250摄氏度时，光电探测灵敏度显著提升，例如提升3.5倍，这是由于探测器在高温下更充分的光吸收以及异质结自发极化导致的光生载流子在空间上的分离这两个原因共同导致；光电流在光照结束后的衰减时间显著缩短，例如缩短3个数量级。基于在高温下提升的光电探测灵敏度和响应速度，该探测器在250摄氏度可达到千赫兹的光电探测性能。另外，该探测器可以与传统III族氮化物电子器件，例如高电子迁移率场效应晶体管、肖特基势垒二极管以及电子气电阻等，共用一个III族氮化物异质结载体，从而有助于实现以兼容的工艺在同一III族氮化物异质结构平台上对该探测器与传统III族氮化物电子器件进行单片集成和制造。
下面，参照图1和图2以示例的方式进一步描述该光电探测器。
首先参见图1，其中示出了被施加了相反的电位偏置的第一金属电极1和第二金属电极2，在第一金属电极1和第二金属电极2之间设置有异质结构3，异质结构3与第一金属电极1和第二金属电极2之间形成横向肖特基接触。异质结构3由两个不同的半导体层3A、3B(即前述的第一半导体层和第二半导体层)组成，这两个半导体层之间形成有异质界面7。响应于受到光照9(对应于前述的第一波长的光；并不特指通常意义上的可见光)，在异质结构3中的异质界面7处生成光生载流子。光生载流子包括成对的光生电子5和光生空穴6，前者带负电荷而后者带正电荷。一方面，异质界面7上的本征极化场使得光生电子5进入二维电子气体(2DEG，2Dimensional Electron Gas)通道8，而光生空穴6进入第二半导体层；另一方面，在第一金属电极1和第二金属电极2的电压作用下，光生电子5和光生空穴6朝向相反的方向运动并最终分别被第一金属电极1和第二金属电极2所捕获。
异质结构3的最下层的半导体层可以延伸以形成半导体基质4。半导体基质4接触第一金属电极1、第二金属电极2以及异质结构3，以为其提供物理支撑并且吸收部分光生空穴6。
参照图2，其中的MHM光电探测器包括基于氮化铝镓(AlGaN)/氮化镓(GaN)的异质结构以及采用金(Au)和/或镍(Ni)的金属电极对。异质结构在AlGaN/GaN异质界面处产生本征极化场，金属电极对以肖特基接触横向接触AlGaN/GaN异质结构。金属电极对，即前述的第一金属电极和第二金属电极，可以形成为相互交错的指状，以便在金属电极对之间形成的异质结构能够获得更大的有源区域和强度更均匀(优选地，强度处处相同)的电场，这意味着更好的光响应性。在MHM光电探测器中，由于极化场的存在，光生电子和空穴的复合受到抑制：在垂直的Y方向(对应于前述的第二方向)，由于极化场的存在，由光照产生的光生电子向2DEG通道漂移，而光生空穴向相反方向漂移进入异质结构的最下层的半导体层或半导体基质(在图2的实施例中，半导体基质的化学本质也是GaN)，因而光生电子和空穴在空间上被分离，本征复合受到抑制；而在水平的X方向(对应于前述的第一方向)，当电极被电压偏置时，光生电子沿着2DEG通道漂移并被正电压偏置的电极收集，光生空穴在2DEG通道下方沿X方向漂移并被负电压偏压的电极收集。
可以预期该MHM光电探测器使用其他基于III族氮化物的半导体材料，如氮化铟铝(AlInN)等。
上述的MHM光电探测器在申请人的中国专利申请No.202210038331.9中有描述，该中国专利申请的内容在此通过引用的方式整体并入本文。
本申请的发明人发现，除了由诸如UV光的第一波长的光照射导致的光生成过程之外，MHM光电探测器中还存在由诸如红光的第二波长的光照射导致的光电流淬灭的独特的物理过程。图3示出了MHM光电探测器中的光电流生成和光电流淬灭。如所示出的：UV光照射导致MHM光电探测器中生成光电流；在UV光被施加的持续时间的一部分期间，红光被施加，在红光被施加的此期间MHM光电探测器中因UV光照射而生成的光电流基本被淬灭、MHM光电探测器中的光电流接近零。本申请的发明人发现，波长等于或小于365nm的UV光可以用作所述第一波长的光，波长在500nm至900nm的范围内的光可以用作所述第二波长的光。
本申请的发明人进一步发现：光电流淬灭过程是一个快速的光电流消除过程；相比于通过停止施加第一波长的光来使MHM光电探测器中因第一波长的光照射而生成的光电流自然衰减，利用光电流淬灭过程可以使MHM光电探测器中的光电流衰减速度快得多，例如快至少两个数量级。参照图4A，示出了以脉冲形式施加UV光(即，交替地接通和断开UV光)的情况下MHM光电探测器中的光电流，其中光电流从“有”降到基本“无”(接近零)所需要的时间τ为256.9ms。参照图4B，示出了在UV光作为背景光被施加期间以脉冲形式施加红光(即，交替地接通和断开红光)的情况下MHM光电探测器中的光电流，其中借助于红光的照射实现的光淬灭效应，光电流从“有”降到基本“无”(接近零)所需要的时间τ大大减少、为0.4171ms。
图5A和图5B是示意性示出MHM光电探测器中的光电流生成和光电流淬灭的机理的能带图，其中示出了导带Ec、价带Ev和费米能级EF、空穴和电子。
参照图5A，为金属/氮化镓肖特基结的能带图，其中，虚线表示处于黑暗中的GaN的能带，实线表示在UV光照射下的GaN的能带，光电流生成的机理如下：第一类光(波长等于或短于365nm)诸如UV光照射在MHM光电探测器上时，(i)价带电子被激发到导带，在金属/异质结肖特基结的耗尽区中，由于电场的存在，形成光电流；(ii)金属/异质结肖特基界面态中的电子被激发到导带，导致界面态的电离以及肖特基结的势垒降低，从而导致漏电增加，该增加的漏电也是本器件光电流的主要部分。
参照图5B，为金属/氮化镓肖特基结的能带图，其中，虚线表示处于黑暗中的GaN的能带，实线表示在UV光和红光照射下的GaN的能带，光电流猝灭的机理如下：第二类光(500-900nm)诸如红光照射到MHM光电探测器上时，(iii)在金属/异质结肖特基界面处，价带电子被激发到界面态，削弱了第一类光产生的界面态电离情况，使得势垒部分恢复，漏电流降低，导致光电流的猝灭。
基于以上发现，本申请的发明人提出了基于MHM光电探测器的创造性方案，以扩展和促进MHM光电探测器的应用。
总体而言，该创造性方案涉及如下所述地使用MHM光电探测器：使用第一波长的光作为背景光照射所述光电探测器使得在所述光电探测器中生成光电流；使用第二波长的光照射所述光电探测器使得因所述第一波长的光的照射而在所述光电探测器中生成的光电流被淬灭。
具体地，例如，可以将MHM光电探测器用于实现逻辑运算或逻辑门。所述逻辑运算例如但不限于逻辑“非(NOT)”、“与(AND)”、“或非(NOR)”等，所述逻辑门例如但不限于“非(NOT)”门、“与(AND)”门、“或非(NOR)”门等。在此方面，根据情况，可以涉及如下方式1)和/或2)使用MHM光电探测器。
方式1)包括：将形成一输入逻辑光信号的第一波长的光施加到一MHM光电探测器，使得所述光电探测器中生成具有与所述输入逻辑光信号相同的逻辑电平的逻辑电流信号。参照图6A和图6B，示出了作为输入逻辑光信号的UV光LUV被施加到一MHM光电探测器的情况下LUV与MHM光电探测器中的电流Ip的逻辑电平对应关系，其中MHM光电探测器被施加偏置电压VBIAS。此对应关系还在下表1中示出。当LUV为高电平1时，其被表示为LUV(1)；当LUV为低电平0时，其被表示为LUV(0)。类似地，当Ip为高电平1时，其被表示为Ip(1)；当Ip为低电平0时，其被表示为Ip(0)。如所示出的，当LUV为高电平1时，Ip为高电平1；当LUV为低电平0时，Ip为低电平0。即，MHM光电探测器中生成的逻辑电流信号Ip具有与所述输入逻辑光信号LUV相同的逻辑电平。
表1
方式2)包括：在提供第一波长的光作为背景光照射一MHM光电探测器的同时，将形成一输入逻辑光信号的第二波长的光施加到所述光电探测器，使得借助于第二波长的光的照射导致光电流淬灭过程，所述光电探测器中的电流为具有与所述第二输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第二逻辑电流信号。参照图7A和图7B，示出了作为背景光的UV光(UV背景)被施加到一MHM光电探测器的同时作为输入逻辑光信号的红光LRED被施加到该MHM光电探测器的情况下LRED与MHM光电探测器中的电流Ip的逻辑电平对应关系，其中MHM光电探测器被施加偏置电压VBIAS。此对应关系还在下表2中示出。当LRED为高电平1时，其被表示为LRED(1)；当LRED为低电平0时，其被表示为LRED(0)。类似地，当Ip为高电平1时，其被表示为Ip(1)；当Ip为低电平0时，其被表示为Ip(0)。如所示出的，当LRED为高电平1时，Ip为低电平0；当LRED为低电平0时，Ip为高电平1。即，MHM光电探测器中的逻辑电流信号Ip具有与所述输入逻辑光信号LRED相反的逻辑电平。
表2
参照图8A和图8B，示出了使用MHM光电探测器实现的逻辑“非(NOT)”门电路的一个示例。逻辑“非”门电路80包括：MHM光电探测器81，具有两个肖特基金属接触M1(作为阳极端)和M2(作为阴极端)；2DEG电阻器82，具有两个欧姆金属接触Ω1和Ω2；2DEG电阻器84，具有两个欧姆金属接触Ω1和Ω2；耗尽型高电子迁移率晶体管(HEMT，High ElectronMobility Transistor)83，具有栅极G、源极S和漏极D。光电探测器81的肖特基金属接触M1连接到偏置电压VBIAS的负极，肖特基金属接触M2连接到电阻器82的欧姆金属接触Ω1并连接到HEMT 83的栅极G，电阻器82的欧姆金属接触Ω2连接到偏置电压VBIAS的正极。HEMT 83的漏极D连接到电阻器84的欧姆金属接触Ω1，源极S连接到地(或供电电压VDD的负极)，电阻器84的欧姆金属接触Ω2连接到供电电压VDD的正极。图8A中还示出了用于实现电路部件之间的连接的金属互连。
以上述的方式2)使用光电探测器81。具体而言，作为背景光的UV光(UV背景)被施加到光电探测器81的同时作为输入逻辑光信号的红光LRED被施加到该光电探测器。HEMT 83的漏极D处的电压信号被引出作为输出逻辑信号VOUT。
当LRED为高电平时，光电探测器81中基本无电流流过、光电探测器81断开；HEMT 83的栅极G处的电压VG为一个高电压、为高电平，HEMT 83导通，VOUT为一个低电压(具体为HEMT83上的分压；由于HEMT 83在导通时的阻值很小，所以该分压接近0V)、为低电平。当LRED为低电平时，光电探测器81中有电流流过、光电探测器81接通；VG为一个相对低的电压(在此实施例中是一个负电压，可以使HEMT 83关断；根据情况可以具有不同的值，可以为例如-5V左右或其他值)，HEMT 83断开，VOUT为一个接近供电电压VDD的高电压(由于HEMT 83断开、无电流通过，电阻器84上无分压)、为高电平。如此，输出逻辑信号VOUT的逻辑电平为作为输入逻辑光信号的红光LRED进行逻辑“非”运算得到的结果，如图8C所例示的。
对于逻辑“非”门电路80，可将其中的2DEG电阻器84替换为诸如肖特基势垒二极管(SBD，Schottky Barrier Diode)或横向场效应整流器(L-FER，Lateral Field EffectRectifier)的阻性元件。SBD在开启后具有电阻，在有电流通过的情况下其上会有分压产生；类似地，L-FER在开启后具有电阻，在有电流通过的情况下其上会有分压产生。SBD和L-FER均可以和2DEG电阻器一样起阻性元件的作用，但SBD和L-FER不具有线性电阻特性，而2DEG电阻器具有线性电阻特性。在采用SBD或L-FER中任一作为替代元件的情况下，该替代元件的阳极端连接到供电电压，阴极端连接到HEMT 83的漏极；另外，逻辑“非”门电路80的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图8B描述的类似，只是在HMET 83导通的情况下，SBD运行以起阻性元件的作用，或者L-FER运行以起阻性元件的作用。另外，HEMT 83可以改为采用增强型场效应晶体管。在采用增强型场效应晶体管的情况下，HEMT 83的连接关系和逻辑“非”门电路80的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图8B描述的类似。
参照图9，示出了使用MHM光电探测器实现的逻辑“非(NOT)”门电路的另一个示例。逻辑“非”门电路90包括：MHM光电探测器91，具有分别作为阳极端和阴极端的两个肖特基金属接触；以及耗尽型HEMT 92、93、94，分别具有栅极G、源极S和漏极D。光电探测器91的阳极端连接到偏置电压VBIAS的负极，光电探测器91的阴极端连接到HEMT 92的栅极G和源极S并连接到HEMT 93的栅极G，HEMT 92的栅极G与其源极S一起连接，并且HEMT 92的漏极D单独连接到偏置电压VBIAS的正极。HEMT 94的漏极D连接到供电电压VDD，HEMT 94的栅极G和源极S连接在一起并连接到HEMT 93的漏极D，HEMT 93的源极S连接到地(或供电电压VDD的负极)。
以上述的方式2)使用光电探测器91。具体而言，作为背景光的UV光(UV背景)被施加到光电探测器91的同时作为输入逻辑光信号的红光LRED被施加到该光电探测器。HEMT 93的漏极D处的电压信号被引出作为输出逻辑信号VOUT。
在运行中，耗尽型HEMT 92和94均处于常导通状态，因为其各自的栅极和源极连接在一起、共电压(即，压差为零)。HEMT 92和94各自起阻性元件的作用。当LRED为高电平时，光电探测器91中基本无电流流过、光电探测器91断开；HEMT 93的栅极G处的电压VG为一个高电压、为高电平，HEMT 93导通，VOUT为一个低电压、为低电平。当LRED为低电平时，光电探测器91中有电流流过、光电探测器91接通；VG为一个相对低的电压、可以使HEMT 93关断，HEMT93断开，VOUT为一个高电压、为高电平。如此，输出逻辑信号VOUT的逻辑电平为作为输入逻辑光信号的红光LRED进行逻辑“非”运算得到的结果，如图8C所例示的。
对于逻辑“非”门电路90，可将其中的HEMT 94替换为诸如SBD或L-FER的阻性元件。在采用SBD或L-FER中任一作为替代元件的情况下，该替代元件的阳极端连接到供电电压，阴极端连接到HEMT 93的漏极；另外，逻辑“非”门电路90的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图9描述的类似，只是在HMET 93导通的情况下，SBD运行以起阻性元件的作用，或者L-FER运行以起阻性元件的作用。另外，HEMT 93可以改为采用增强型场效应晶体管。在采用增强型场效应晶体管的情况下，HEMT 93的连接关系和逻辑“非”门电路90的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图9描述的类似。
参照图10A和图10B，示出了使用MHM光电探测器实现的逻辑“与(AND)”门电路的一个示例。逻辑“与”门电路100包括：MHM光电探测器101，具有两个肖特基金属接触M1(作为阳极端)和M2(作为阴极端)；MHM光电探测器102，具有两个肖特基金属接触M1(作为阳极端)和M2(作为阴极端)；2DEG电阻器104，具有两个欧姆金属接触Ω1和Ω2；HEMT 103，具有栅极G、源极S和漏极D。光电探测器101的肖特基金属接触M1连接到偏置电压VBIAS的负极，光电探测器101的肖特基金属接触M2连接到光电探测器102的肖特基金属接触M1并连接到HEMT 103的栅极G，光电探测器102的肖特基金属接触M2连接到偏置电压VBIAS的正极。HEMT 103的漏极D连接到电阻器104的欧姆金属接触Ω1，源极S连接到地(或供电电压VDD的负极)，电阻器104的欧姆金属接触Ω2连接到供电电压VDD的正极。图10A中还示出了用于实现电路部件之间的连接的金属互连。
以上述的方式1)使用光电探测器101。具体而言，作为第一输入逻辑光信号的UV光LUV被施加到光电探测器101。另外，以上述的方式2)使用光电探测器102。具体而言，作为背景光的UV光(UV背景)被施加到光电探测器102的同时作为输入逻辑光信号的红光LRED被施加到该光电探测器。HEMT 103的漏极D处的电压信号被引出作为输出逻辑信号VOUT。
当LUV为高电平并且LRED为高电平时，光电探测器101中有电流流过、光电探测器101接通并且光电探测器102中基本无电流流过、光电探测器102断开；HEMT 103的栅极G处的电压VG为一个相对低的电压、可以使HEMT 103关断，HEMT 103断开，VOUT为一个接近供电电压VDD的高电压(由于HEMT 103断开、无电流通过，电阻器104上无分压)、为高电平。当LUV为高电平并且LRED为低电平时，光电探测器101中有电流流过、光电探测器101接通并且光电探测器102中有电流流过、光电探测器102接通；VG为一个处于相对低的电压与高电压之间的居中电压(在此实施例中是一个负电压，可以使HEMT 103接通；一般处于HEMT 103的阈值电压附近，根据情况可以具有不同的值，可以为例如-1V至-3V或为其他值)，HEMT 103导通，VOUT为一个低电压(具体为HEMT 103上的分压；由于HEMT 103在导通时的阻值很小，所以该分压接近0V)、为低电平。当LUV为低电平并且LRED为高电平时，光电探测器101中无电流流过、光电探测器101断开并且光电探测器102中基本无电流流过、光电探测器102断开；VG为一个处于相对低的电压与高电压之间的居中电压、可以使HEMT 103接通，HEMT 103导通，VOUT为低电平。当LUV为低电平并且LRED为低电平时，光电探测器101中无电流流过、光电探测器101断开并且光电探测器102中有电流流过、光电探测器102接通；VG为一个高电压、处于高电平，HEMT 103导通，VOUT为低电平。如此，输出逻辑信号VOUT的逻辑电平为作为输入逻辑光信号的LUV和作为输入逻辑光信号的红光LRED进行逻辑“与”运算得到的结果，如图10C和图10D所例示的。
对于逻辑“与”门电路100，可将其中的2DEG电阻器104替换为诸如SBD或L-FER的阻性元件。在采用SBD或L-FER中任一作为替代元件的情况下，该替代元件的阳极端连接到供电电压，阴极端连接到HEMT 103的漏极；另外，逻辑“与”门电路100的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图10B描述的类似，只是在HMET 103导通的情况下，SBD运行以起阻性元件的作用，或者L-FER运行以起阻性元件的作用。另外，HEMT 103可以改为采用增强型场效应晶体管。在采用增强型场效应晶体管的情况下，HEMT 103的连接关系和逻辑“与”门电路100的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图10B描述的类似。
参照图11A和图11B，示出了使用MHM光电探测器实现的逻辑“或非(NOR)”门电路的一个示例。逻辑“或非”门电路110包括：MHM光电探测器111，具有两个肖特基金属接触M1(作为阳极端)和M2(作为阴极端)；MHM光电探测器112，具有两个肖特基金属接触M1(作为阳极端)和M2(作为阴极端)；2DEG电阻器114，具有两个欧姆金属接触Ω1和Ω2；HEMT 113，具有栅极G、源极S和漏极D。光电探测器111的肖特基金属接触M1连接到偏置电压VBIAS的负极，光电探测器111的肖特基金属接触M2连接到光电探测器112的肖特基金属接触M1并连接到HEMT 113的栅极G，光电探测器112的肖特基金属接触M2连接到偏置电压VBIAS的正极。HEMT113的漏极D连接到电阻器114的欧姆金属接触Ω1，源极S连接到地(或供电电压VDD的负极)，电阻器114的欧姆金属接触Ω2连接到供电电压VDD的正极。图11A中还示出了用于实现电路部件之间的连接的金属互连。
以上述的方式1)使用光电探测器112。具体而言，作为第一输入逻辑光信号的UV光LUV被施加到光电探测器112。另外，以上述的方式2)使用光电探测器111。具体而言，作为背景光的UV光(UV背景)被施加到光电探测器111的同时作为输入逻辑光信号的红光LRED被施加到该光电探测器。HEMT 113的漏极D处的电压信号被引出作为输出逻辑信号VOUT。
当LUV为高电平并且LRED为高电平时，光电探测器112中有电流流过、光电探测器112接通并且光电探测器111中基本无电流流过、光电探测器111断开；HEMT 113的栅极G处的电压VG为一个高电压、为高电平，HEMT 113导通，VOUT为一个低电压(具体为HEMT 113上的分压；由于HEMT 113在导通时的阻值很小，所以该分压接近0V)、为低电平。当LUV为高电平并且LRED为低电平时，光电探测器112中有电流流过、光电探测器112接通并且光电探测器111中有电流流过、光电探测器111接通；VG为一个处于相对低的电压与高电压之间的居中电压(在此实施例中是一个负电压，可以使HEMT 113接通；一般处于HEMT 113的阈值电压附近，根据情况可以具有不同的值，可以为例如-1V至-3V或为其他值)，HEMT 113导通，VOUT为低电平。当LUV为低电平并且LRED为高电平时，光电探测器112中无电流流过、光电探测器112断开并且光电探测器111中基本无电流流过、光电探测器111断开；VG为一个处于相对低的电压与高电压之间的居中电压、可以使HEMT 113接通，HEMT 113导通，VOUT为低电平。当LUV为低电平并且LRED为低电平时，光电探测器112中无电流流过、光电探测器112断开并且光电探测器111中有电流流过、光电探测器111接通；VG为一个相对低的电压、可以使HEMT 113关断，HEMT 113断开，VOUT为一个接近供电电压VDD的高电压(由于HEMT 113断开、无电流通过，电阻器114上无分压)、为高电平。如此，输出逻辑信号VOUT的逻辑电平为作为输入逻辑光信号的LUV和作为输入逻辑光信号的红光LRED进行逻辑“或非”运算得到的结果，如图11C和图11D所例示的。
对于逻辑“或非”门电路110，可将其中的2DEG电阻器114替换为诸如SBD或L-FER的阻性元件。在采用SBD或L-FER中任一作为替代元件的情况下，该替代元件的阳极端连接到供电电压，阴极端连接到HEMT 113的漏极；另外，逻辑“或非”门电路110的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图11B描述的类似，只是在HMET 113导通的情况下，SBD运行以起阻性元件的作用，或者L-FER运行以起阻性元件的作用。另外，HEMT 113可以改为采用增强型场效应晶体管。在采用增强型场效应晶体管的情况下，HEMT 113的连接关系和逻辑“或非”门电路110的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图11B描述的类似。
参照图12A和图12B，示出了使用MHM光电探测器实现逻辑运算的电路的一个示例。电路120包括：MHM光电探测器121，具有两个肖特基金属接触M1(作为阳极端)和M2(作为阴极端)；MHM光电探测器122，具有两个肖特基金属接触M1(作为阳极端)和M2(作为阴极端)；2DEG电阻器124，具有两个欧姆金属接触Ω1和Ω2；HEMT 123，具有栅极G、源极S和漏极D。光电探测器121的肖特基金属接触M1连接到偏置电压VBIAS的负极，光电探测器121的肖特基金属接触M2连接到光电探测器122的肖特基金属接触M1并连接到HEMT 123的栅极G，光电探测器122的肖特基金属接触M2连接到偏置电压VBIAS的正极。HEMT 123的漏极D连接到电阻器124的欧姆金属接触Ω1，源极S连接到地(或供电电压VDD的负极)，电阻器124的欧姆金属接触Ω2连接到供电电压VDD的正极。图12A中还示出了用于实现电路部件之间的连接的金属互连。
以上述的方式2)使用光电探测器121。具体而言，作为背景光的UV光(UV背景)被施加到光电探测器121的同时作为第一输入逻辑光信号的红光LRED1被施加到该光电探测器。另外，以上述的方式2)使用光电探测器122。具体而言，作为背景光的UV光(UV背景)被施加到光电探测器122的同时作为第二输入逻辑光信号的红光LRED2被施加到该光电探测器。HEMT 123的漏极D处的电压信号被引出作为输出逻辑信号VOUT。
当LRED1为高电平并且LRED2为高电平时，光电探测器121中基本无电流流过、光电探测器121断开并且光电探测器122中基本无电流流过、光电探测器122断开；HEMT 123的栅极G处的电压VG为一个处于相对低的电压与高电压之间的居中电压(在此实施例中是一个负电压，可以使HEMT 123接通；一般处于HEMT 123的阈值电压附近，根据情况可以具有不同的值，可以为例如-1V至-3V或为其他值)，HEMT 123导通，VOUT为一个低电压(具体为HEMT 123上的分压；由于HEMT 123在导通时的阻值很小，所以该分压接近0V)、为低电平。当LRED1为高电平并且LRED2为低电平时，光电探测器121中基本无电流流过、光电探测器121断开并且光电探测器122中有电流流过、光电探测器122接通；VG为一个高电压、处于高电平，HEMT 123导通，VOUT为低电平。当LRED1为低电平并且LRED2为高电平时，光电探测器121中有电流流过、光电探测器121接通并且光电探测器122中基本无电流流过、光电探测器122断开；VG为一个相对低的电压、可以使HEMT 123关断，HEMT 123断开，VOUT为一个接近供电电压VDD的高电压(由于HEMT 123断开、无电流通过，电阻器124上无分压)、为高电平。当LRED1为低电平并且LRED2为低电平时，光电探测器121中有电流流过、光电探测器121接通并且光电探测器122中有电流流过、光电探测器122接通；VG为一个处于相对低的电压与高电压之间的居中电压、可以使HEMT 123接通，HEMT 123导通，VOUT为低电平。如此，输出逻辑信号VOUT的逻辑电平为作为第一输入逻辑光信号的红光LRED1和作为第二输入逻辑光信号的红光LRED2进行确定的逻辑运算得到的结果。
对于电路120，可将其中的2DEG电阻器124替换为诸如SBD或L-FER的阻性元件。在采用SBD或L-FER中任一作为替代元件的情况下，该替代元件的阳极端连接到供电电压，阴极端连接到HEMT 123的漏极；另外，电路120的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图12B描述的类似，只是在HMET 123导通的情况下，SBD运行以起阻性元件的作用，或者L-FER运行以起阻性元件的作用。另外，HEMT 123可以改为采用增强型场效应晶体管。在采用增强型场效应晶体管的情况下，HEMT 123的连接关系和电路120的运行方式及其各个节点的状况与以上关于图12B描述的类似。
图8A、图8B、图9、图10A、图10B、图11A、图11B、图12A和图12B中的偏置电压VBIAS、供电电压VDD、每个HEMT及其类型(如增强型、耗尽型)和参数(如阈值电压等)、其它器件(如电阻器、其它用作阻性元件的器件)及其参数(如电阻器的阻值、其它用作阻性元件的器件的导通电压和导通电阻等)可以根据情况合适地选择，以实现相应电路以上述的相应方式运作。例如，偏置电压VBIAS可以为负电压(例如-5V或其它负电压)，通常在从其漏极D处引出输出逻辑信号VOUT的HEMT为耗尽型HEMT的情况下；或者可以为正电压(例如5V或其它正电压)，通常在从其漏极D处引出输出逻辑信号VOUT的HEMT为增强型HEMT的情况下。供电电压VDD通常可以为例如但不限于5V或更高的电压，但一般不超过相关的HEMT器件本身的耐压值。
返回参考图8A、图10A、图11A和图12A，其中示出了：晶圆117(诸如硅晶圆，例如硅衬底氮化镓晶圆)；在晶圆117上生长的一个或多个过渡层(诸如AlN或AlN/GaN超晶格)以及在一个或多个过渡层上形成的缓冲层，这里过渡层和缓冲层总体用参考标号“119”表示，过渡层用于平滑和缓冲晶格结构之间的差异，缓冲层有助于减小器件表面与衬底间的漏电流；在缓冲层上形成的沟道层116(诸如GaN)；以及，在缓冲层和通道层116上的势垒区层118(诸如像AlGaN或InGaN的GaN合金)。这里，势垒区层118和沟道层116分别对应于光电探测器的异质结构的第一半导体层和第二半导体层，2DEG通道在势垒区层118和沟道层116之间的异质界面处被自然形成。可见，对应于前述的第一半导体层的势垒区层118、对应于前述的第二半导体层的沟道层116以及二者之间的2DEG通道构成III族氮化物异质结构平台，形成光电逻辑门电路的各部件形成于该III族氮化物异质结构平台上。各个层可以根据情况采用合适的厚度，可以采用例如但不局限于以下厚度：势垒区层118：10～25nm；沟道层116：约300nm；缓冲层：约500nm。过渡层的厚度比较多样化，通常会超过1微米。一般来说，出于器件制备的目的，任何合适的二元或三元III族氮化物化合物都可以在生长晶圆117上被形成作为半导体层119、116、118。在生长晶圆上的这样的III族氮化物化合物半导体层的制备在半导体领域中是众所周知的，在此不作赘述。
以上描述的各技术特征可以任意地组合。尽管未对这些技术特征的所有可能组合进行描述，但这些技术特征的任何组合都应当被认为由本说明书涵盖，只要这样的组合不存在矛盾。
最后应当说明的是，以上实施例仅为本发明的较佳实施例而已，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (27)
1.使用光电探测器的方法，每个所述光电探测器被构造成使得：在由第一波长的光照射时所述光电探测器中生成光电流；并且，在由第二波长的光照射时因所述第一波长的光的照射而在所述光电探测器中生成的光电流被淬灭，并且每个所述光电探测器包括：
在第一方向上间隔开的第一金属电极和第二金属电极；
异质结构，其沿所述第一方向布置在所述第一金属电极和所述第二金属电极之间，并且通过肖特基接触连接到所述第一金属电极和所述第二金属电极，所述异质结构包括在垂直于所述第一方向的第二方向上叠置的第一半导体层和第二半导体层以及介于所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的异质界面，其中所述第一半导体层和所述第二半导体层包括不同的基于III族氮化物的半导体材料，使得在所述异质界面处形成极化场，由此在所述异质界面处形成沿所述第一方向延伸的二维电子气通道，
所述方法包括：
使用所述第一波长的光照射光电探测器使得在所述光电探测器中生成光电流；
使用所述第二波长的光照射同一光电探测器使得因所述第一波长的光的照射而在所述光电探测器中生成的光电流被淬灭。
2.根据权利要求1所述的方法，用于实现逻辑运算。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述逻辑运算包括逻辑“非”运算，使用的所述光电探测器包括第一光电探测器，所述方法包括：
在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第一光电探测器的同时，将形成第一输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第一光电探测器，使得所述第一光电探测器中的第一电流为具有与所述第一输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第一逻辑电流信号；
基于所述第一逻辑电流信号利用开关元件生成输出电压信号，使得所述输出电压信号为所述第一输入逻辑光信号进行逻辑“非”运算得到的逻辑信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述第一光电探测器被包括在输入回路中，所述输入回路还包括与所述第一光电探测器串联连接的第一阻性元件以及与所述第一光电探测器和所述第一阻性元件二者并联连接的偏置电压源，所述第一光电探测器被连接成由所述偏置电压源反向偏压，
所述开关元件被包括在输出回路中，所述输出回路还包括与所述开关元件串联连接的第二阻性元件以及与所述开关元件和所述第二阻性元件二者并联连接的供电电压源，
所述第一光电探测器与所述第一阻性元件之间的节点作为驱动节点连接到所述开关元件的控制端子，
所述开关元件与所述第二阻性元件之间的节点作为输出节点用于引出所述输出电压信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：
所述驱动节点是所述第一光电探测器的阴极端，
所述开关元件是具有源极、漏极和作为所述控制端子的栅极的场效应晶体管，所述第二阻性元件连接在所述供电电压源的正极和所述开关元件的漏极之间，所述开关元件的源极连接到所述供电电压源的负极。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一光电探测器的阳极端连接到所述偏置电压源的负极，并且其中：
所述第一阻性元件包括第一二维电子气电阻器；或者，
所述第一阻性元件包括第一耗尽型场效应晶体管，所述第一耗尽型场效应晶体管的栅极和源极连接在一起并连接到所述第一光电探测器的阴极端，所述第一耗尽型场效应晶体管的漏极连接到所述偏置电压源的正极。
7.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述第二阻性元件包括第二二维电子气电阻器；或者，
所述第二阻性元件包括肖特基势垒二极管，所述肖特基势垒二极管的阳极端连接到所述供电电压源的正极，所述肖特基势垒二极管的阴极端连接到所述开关元件的漏极；或者，
所述第二阻性元件包括横向场效应整流器，所述横向场效应整流器的阳极端连接到所述供电电压源的正极，所述横向场效应整流器的阴极端连接到所述开关元件的漏极；或者，
所述第二阻性元件包括第二耗尽型场效应晶体管，所述第二耗尽型场效应晶体管的漏极连接到所述供电电压源的正极，所述第二耗尽型场效应晶体管的栅极和源极连接在一起并连接到所述开关元件的漏极。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述逻辑运算包括逻辑“与”运算，使用的所述光电探测器包括第一光电探测器和第二光电探测器，所述方法包括：
将形成第一输入逻辑光信号的所述第一波长的光施加到所述第一光电探测器，使得所述第一光电探测器中的第一电流为具有与所述第一输入逻辑光信号相同的逻辑电平的第一逻辑电流信号；
在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第二光电探测器的同时，将形成第二输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第二光电探测器，使得所述第二光电探测器中的第二电流为具有与所述第二输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第二逻辑电流信号；
基于所述第一逻辑电流信号和所述第二逻辑电流信号利用开关元件生成输出电压信号，使得所述输出电压信号为所述第一输入逻辑光信号和所述第二输入逻辑光信号进行逻辑“与”运算得到的逻辑信号。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述逻辑运算包括逻辑“或非”运算，使用的所述光电探测器包括第一光电探测器和第二光电探测器，所述方法包括：
在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第一光电探测器的同时，将形成第一输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第一光电探测器，使得所述第一光电探测器中的第一电流为具有与所述第一输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第一逻辑电流信号；
将形成第二输入逻辑光信号的所述第一波长的光施加到所述第二光电探测器，使得所述第二光电探测器中的第二电流为具有与所述第二输入逻辑光信号相同的逻辑电平的第二逻辑电流信号；
基于所述第一逻辑电流信号和所述第二逻辑电流信号利用开关元件生成输出电压信号，使得所述输出电压信号为所述第一输入逻辑光信号和所述第二输入逻辑光信号进行逻辑“或非”运算得到的逻辑信号。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，使用的所述光电探测器包括第一光电探测器和第二光电探测器，所述方法包括：
在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第一光电探测器的同时，将形成第一输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第一光电探测器，使得所述第一光电探测器中的第一电流为具有与所述第一输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第一逻辑电流信号；
在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第二光电探测器的同时，将形成第二输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第二光电探测器，使得所述第二光电探测器中的第二电流为具有与所述第二输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第二逻辑电流信号；
基于所述第一逻辑电流信号和所述第二逻辑电流信号利用开关元件生成形成逻辑信号的输出电压信号。
11.根据权利要求8或9或10所述的方法，其中：
所述第一光电探测器和所述第二光电探测器被包括在输入回路中并且串联连接，所述输入回路还包括与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器二者并联连接的偏置电压源，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器被连接成由所述偏置电压源反向偏压，
所述开关元件被包括在输出回路中，所述输出回路还包括与所述开关元件串联连接的阻性元件以及与所述开关元件和所述阻性元件二者并联连接的供电电压源，
所述第一光电探测器与所述第二光电探测器之间的节点作为驱动节点连接到所述开关元件的控制端子，
所述开关元件与所述阻性元件之间的节点作为输出节点用于引出所述输出电压信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述驱动节点是所述第一光电探测器的阴极端并且是所述第二光电探测器的阳极端，
所述开关元件是具有源极、漏极和作为所述控制端子的栅极的场效应晶体管，所述阻性元件连接在所述供电电压源的正极和所述开关元件的漏极之间，所述开关元件的源极连接到所述供电电压源的负极。
13.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述阻性元件包括二维电子气电阻器；或者，
所述阻性元件包括肖特基势垒二极管，所述肖特基势垒二极管的阳极端连接到所述供电电压源的正极，所述肖特基势垒二极管的阴极端连接到所述开关元件的漏极；或者，
所述阻性元件包括横向场效应整流器，所述横向场效应整流器的阳极端连接到所述供电电压源的正极，所述横向场效应整流器的阴极端连接到所述开关元件的漏极；或者，
所述阻性元件包括耗尽型场效应晶体管，所述耗尽型场效应晶体管的漏极连接到所述供电电压源的正极，所述耗尽型场效应晶体管的栅极和源极连接在一起并连接到所述开关元件的漏极。
14.根据权利要求1-10和12-13中任一项所述的方法，其中，所述第一波长的光是波长等于或小于365nm的紫外光，所述第二波长的光是波长在500nm至900nm的范围内的光。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一半导体层和所述第二半导体层包括不同的选自以下的材料：氮化镓、氮化铝镓、氮化铟铝、氮化铝。
16.根据从属权利要求5-7和12-13中任一项所述的方法，其中，所述场效应晶体管为高电子迁移率晶体管。
17.一种逻辑电路，包括至少一个光电探测器，每个所述光电探测器被构造成使得：在由第一波长的光照射时所述光电探测器中生成光电流；并且，在由第二波长的光照射时因所述第一波长的光的照射而在所述光电探测器中生成的光电流被淬灭，并且每个所述光电探测器包括：
在第一方向上间隔开的第一金属电极和第二金属电极；
异质结构，其沿所述第一方向布置在所述第一金属电极和所述第二金属电极之间，并且通过肖特基接触连接到所述第一金属电极和所述第二金属电极，所述异质结构包括在垂直于所述第一方向的第二方向上叠置的第一半导体层和第二半导体层以及介于所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的异质界面，其中所述第一半导体层和所述第二半导体层包括不同的基于III族氮化物的半导体材料，使得在所述异质界面处形成极化场，由此在所述异质界面处形成沿所述第一方向延伸的二维电子气通道。
18.根据权利要求17所述的逻辑电路，为逻辑“非”门电路，所述至少一个光电探测器包括第一光电探测器，所述逻辑电路包括：
输入回路，所述输入回路包括所述第一光电探测器、与所述第一光电探测器串联连接的第一阻性元件以及与所述第一光电探测器和所述第一阻性元件二者并联连接的偏置电压源，所述第一光电探测器被连接成由所述偏置电压源反向偏压；
输出回路，所述输出回路包括开关元件、与所述开关元件串联连接的第二阻性元件以及与所述开关元件和所述第二阻性元件二者并联连接的供电电压源，
其中，所述第一光电探测器与所述第一阻性元件之间的节点作为驱动节点连接到所述开关元件的控制端子，所述开关元件与所述第二阻性元件之间的节点作为输出节点用于引出输出电压信号，
其中，在使用中，
在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第一光电探测器的同时，将形成第一输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第一光电探测器，使得所述第一光电探测器中的第一电流为具有与所述第一输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第一逻辑电流信号。
19.根据权利要求18所述的逻辑电路，其中：
所述驱动节点是所述第一光电探测器的阴极端，
所述开关元件是具有源极、漏极和作为所述控制端子的栅极的场效应晶体管，所述第二阻性元件连接在所述供电电压源的正极和所述开关元件的漏极之间，所述开关元件的源极连接到所述供电电压源的负极。
20.根据权利要求19所述的逻辑电路，其中所述第一光电探测器的阳极端连接到所述偏置电压源的负极，并且其中：
所述第一阻性元件包括第一二维电子气电阻器；或者，
所述第一阻性元件包括第一耗尽型场效应晶体管，所述第一耗尽型场效应晶体管的栅极和源极连接在一起并连接到所述第一光电探测器的阴极端，所述第一耗尽型场效应晶体管的漏极连接到所述偏置电压源的正极。
21.根据权利要求19所述的逻辑电路，其中：
所述第二阻性元件包括第二二维电子气电阻器；或者，
所述第二阻性元件包括肖特基势垒二极管，所述肖特基势垒二极管的阳极端连接到所述供电电压源的正极，所述肖特基势垒二极管的阴极端连接到所述开关元件的漏极；或者，
所述第二阻性元件包括横向场效应整流器，所述横向场效应整流器的阳极端连接到所述供电电压源的正极，所述横向场效应整流器的阴极端连接到所述开关元件的漏极；或者，
所述第二阻性元件包括第二耗尽型场效应晶体管，所述第二耗尽型场效应晶体管的漏极连接到所述供电电压源的正极，所述第二耗尽型场效应晶体管的栅极和源极连接在一起并连接到所述开关元件的漏极。
22.根据权利要求17所述的逻辑电路，其中，所述至少一个光电探测器包括第一光电探测器和第二光电探测器，所述逻辑电路包括：
输入回路，所述输入回路包括串联连接的所述第一光电探测器和所述第二光电探测器并且还包括与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器二者并联连接的偏置电压源，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器被连接成由所述偏置电压源反向偏压；
输出回路，所述输出回路包括开关元件、与所述开关元件串联连接的阻性元件以及与所述开关元件和所述阻性元件二者并联连接的供电电压源，
其中，所述第一光电探测器与所述第二光电探测器之间的节点作为驱动节点连接到所述开关元件的控制端子，所述开关元件与所述阻性元件之间的节点作为输出节点用于引出输出电压信号，
其中：
所述逻辑电路是逻辑“与”门电路，在使用中：将形成第一输入逻辑光信号的所述第一波长的光施加到所述第一光电探测器，使得所述第一光电探测器中的第一电流为具有与所述第一输入逻辑光信号相同的逻辑电平的第一逻辑电流信号；在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第二光电探测器的同时，将形成第二输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第二光电探测器，使得所述第二光电探测器中的第二电流为具有与所述第二输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第二逻辑电流信号；或者，
所述逻辑电路是逻辑“或非”门电路，在使用中：在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第一光电探测器的同时，将形成第一输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第一光电探测器，使得所述第一光电探测器中的第一电流为具有与所述第一输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第一逻辑电流信号；将形成第二输入逻辑光信号的所述第一波长的光施加到所述第二光电探测器，使得所述第二光电探测器中的第二电流为具有与所述第二输入逻辑光信号相同的逻辑电平的第二逻辑电流信号；或者，
在使用中：在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第一光电探测器的同时，将形成第一输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第一光电探测器，使得所述第一光电探测器中的第一电流为具有与所述第一输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第一逻辑电流信号；在提供所述第一波长的光作为背景光照射所述第二光电探测器的同时，将形成第二输入逻辑光信号的所述第二波长的光施加到所述第二光电探测器，使得所述第二光电探测器中的第二电流为具有与所述第二输入逻辑光信号相反的逻辑电平的第二逻辑电流信号。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：
所述驱动节点是所述第一光电探测器的阴极端并且是所述第二光电探测器的阳极端，
所述开关元件是具有源极、漏极和作为所述控制端子的栅极的场效应晶体管，所述阻性元件连接在所述供电电压源的正极和所述开关元件的漏极之间，所述开关元件的源极连接到所述供电电压源的负极。
24.根据权利要求22所述的方法，其中：
所述阻性元件包括二维电子气电阻器；或者，
所述阻性元件包括肖特基势垒二极管，所述肖特基势垒二极管的阳极端连接到所述供电电压源的正极，所述肖特基势垒二极管的阴极端连接到所述开关元件的漏极；或者，
所述阻性元件包括横向场效应整流器，所述横向场效应整流器的阳极端连接到所述供电电压源的正极，所述横向场效应整流器的阴极端连接到所述开关元件的漏极；或者，
所述阻性元件包括耗尽型场效应晶体管，所述耗尽型场效应晶体管的漏极连接到所述供电电压源的正极，所述耗尽型场效应晶体管的栅极和源极连接在一起并连接到所述开关元件的漏极。
25.根据权利要求17-24中任一项所述的逻辑电路，其中，所述第一波长的光是波长等于或小于365nm的紫外光，所述第二波长的光是波长在500nm至900nm的范围内的光。
26.根据权利要求25所述的逻辑电路，其中，所述第一半导体层和所述第二半导体层包括不同的选自以下的材料：氮化镓、氮化铝镓、氮化铟铝、氮化铝。
27.根据从属权利要求19-21和23-24中任一项所述的逻辑电路，其中，所述场效应晶体管为高电子迁移率晶体管。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202263357013P | 2022-06-30 | 2022-06-30 | |
| US63/357,013 | 2022-06-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117334765A true CN117334765A (zh) | 2024-01-02 |
Family
ID=89274380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310789961.4A Pending CN117334765A (zh) | 2022-06-30 | 2023-06-30 | 使用光电探测器的方法以及相应的电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117334765A (zh) |
-
2023
- 2023-06-30 CN CN202310789961.4A patent/CN117334765A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7679223B2 (en) | Optically triggered wide bandgap bipolar power switching devices and circuits | |
| JP5147197B2 (ja) | トランジスタ | |
| JP4977695B2 (ja) | 紫外受光素子 | |
| US20110114967A1 (en) | Nitride semiconductor device and method for fabricating the same | |
| US20150295073A1 (en) | Switching device | |
| US10964733B2 (en) | Opto-electronic HEMT | |
| CN113471326B (zh) | 一种ⅲ族氮化物异质结光电探测器 | |
| CA2098919C (en) | Semiconductor device | |
| US4791072A (en) | Method for making a complementary device containing MODFET | |
| CN117334765A (zh) | 使用光电探测器的方法以及相应的电路 | |
| Jiang et al. | Visible-blind metal-semiconductor-metal photodetectors based on undoped AlGaN/GaN high electron mobility transistor structure | |
| JP2003023175A (ja) | Ｍｓｍ型半導体受光素子 | |
| EP3229277B1 (en) | Polarization controlled nitride semiconductor device | |
| Mastrapasqua et al. | Multiterminal light-emitting logic device electrically reprogrammable between OR and NAND functions | |
| JP2010073744A (ja) | トランジスタ及びその駆動方法、双方向スイッチ及びその駆動方法 | |
| Liao et al. | In-plane gate transistors for photodetector applications | |
| CN113113506B (zh) | 一种iii族氮化物增益型光电探测器及其制备方法 | |
| CN111341841B (zh) | 基于Ga2O3/TiO2复合悬浮栅的异质结场效应管及其制备方法和紫外探测器件 | |
| JP2643890B2 (ja) | トンネルトランジスタ | |
| KR102682627B1 (ko) | 다파장 광 검출기 및 이의 제조 방법 | |
| KR920002092B1 (ko) | 매립형 쇼트키 전극을 이용한 고속 수광소자 | |
| KR102167018B1 (ko) | 나노선 트랜지스터 및 이를 포함하는 다치 논리 소자 | |
| Lee et al. | UV photo-responsive characteristics of an n-channel GaN Schottky-barrier MISFET for UV image sensors | |
| WO2023101630A1 (en) | A transistor device structure containing two-dimensional hole gas and operating in e-mode | |
| CN118198170A (zh) | 一种电流极性可控的半导体光电探测器及设有其的器件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |