半導體產業網訊：基于兩端或兩電極的電子器件結構（Two-terminal devices）是構建現代電子系統的最基礎、最簡單的元件。然而，典型兩電極體系器件結構會限制它們功能的多樣化和性能的提升。

近期，中國科學技術大學微電子學院iGaN實驗室的Muhammad Hunain Memon博士、余華斌博士，孫海定教授等聯合武漢大學劉勝院士團隊等，在Nature Electronics上以“A three-terminal light emitting and detecting diode”發文，報道了一種多功能三端（三電極）二極管（three-terminal diode: TTD）,并被主編推選為當期封面論文（如圖1所示）。

該新型光電二極管主要由傳統兩端氮化鎵基p-n二極管，以及直接在p型GaN層上由金屬/Al2O3介質層組成的單片集成的第三電極third terminal (Tt) 組成（如圖2所示）。當該三端二極管作為發光二極管LED工作時，可以通過調節施加到第三電極Tt上的偏置電壓，以調節LED的發光強度（如圖3所示）。同時，由于引入第三電極Tt且該電極又具備集成偏置器（bias-tee)的功能，該器件的調制帶寬可以從原來的 p-n 二極管中的160MHz大幅增加到263MHz（如圖4所示）。此外，當該新型器件作為光電探測二極管工作時，在第三端Tt上施加的電壓和入射光都可以作為控制輸出光電流大小的信號輸入，提供可重構的光電邏輯門，包括NAND和NOR等（如圖5所示）。該新型器件的提出和實現，為將來實現光電集成芯片、高速光通信和光計算提供了一種全新的器件架構。

圖1：論文入選四月份期刊封面論<https://www.nature.com/natelectron/>

圖2: Three-terminal optoelectronic diode的制備和器件表征。

圖3: 新型光電二極管的電學和光學特性。

圖4: 新型光電二極管在光學無線通信（optical wireless communication ，OWC）系統中的應用。通過巧妙利用光電單片集成設計，大幅提升器件工作帶寬。

圖5: 用于光電邏輯門（optoelectronic logic gates，OELG）的新型三端光探測器的實現。

文獻鏈接Memon, M.H., Yu, H., Luo, Y. et al. A three-terminal light emitting and detecting diode. Nature Electronics, 7, 279–287 (2024). 

<https://www.nature.com/articles/s41928-024-01142-y>