近幾年，硅基集成電路的速度遭遇瓶頸、停滯不前，解決的辦法之一是引入光子學(xué)器件，部分取代電子學(xué)集成電路中的信號(hào)處理和互聯(lián)器件，這就要求光子學(xué)器件具有像電子學(xué)集成那樣的小尺度和三維集成能力，同時(shí)具有和電子學(xué)集成兼容的制備工藝。這些要求使得光電混合集成面臨巨大的挑戰(zhàn)，是一個(gè)世界性的難題。

北京大學(xué)物理學(xué)院光學(xué)所張家森教授團(tuán)隊(duì)與信息科學(xué)學(xué)院彭練矛教授團(tuán)隊(duì)合作，提出了基于表面等離激元和碳納米管的三維光電混合集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)與現(xiàn)有的COMS制備工藝兼容，可以實(shí)現(xiàn)光子學(xué)和電子學(xué)的三維集成和互聯(lián)，為解決集成電路的速度瓶頸提供了一種方法。他們演示了幾種集成回路，包括在片光操控回路、波長(zhǎng)和偏振復(fù)用回路和具有COMS信號(hào)處理電路的集成模塊。

這種三維集成系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：

1. 使用低溫COMS兼容制備工藝，可以在單片集成回路中集成光子學(xué)模塊、電子學(xué)信號(hào)處理系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)；

2. 利用具有原子厚度的碳納米管材料以及金屬工藝，使得光子學(xué)集成和電子學(xué)集成在材料上兼容；

3. 基于表面等離激元使得光子學(xué)器件尺度可以和電子學(xué)器件尺度相近，便于集成；

4. 碳納米管的工作波段可以覆蓋整個(gè)通訊波段，這是硅材料無(wú)法做到的；

5. 光電探測(cè)器工作于光伏模式，可以減小能耗。

該工作是首次利用原子厚度材料實(shí)現(xiàn)三維光電混合集成，可以實(shí)現(xiàn)更小的尺寸、更快的速度和更多的功能，同時(shí)，有可能解決電子學(xué)集成回路在速度上的瓶頸。

相關(guān)文獻(xiàn)：?

[1] Yang Liu, Jiasen Zhang, and Lian-Mao Peng, Three-dimensional integration of plasmonics and electronics. Nature Electronics 1, 644-651 (2018).?

[2] Yang Liu, Jiasen Zhang, Huaping Liu, Sheng Wang, and Lian-Mao Peng, Electrically-driven monolithic subwavelength plasmonic interconnect circuits. Science Advances 3, e1701456 (2017).