通信波長帯で動作するオンチップ・オプトエレクトロニック論理ゲート

オプトエレクトロニック論理ゲート（OELG）は、次世代論理回路向けや、光検出・測距、マシンビジョン、リアルタイム動画解析における潜在的応用向けの有望な構成要素である。通信波長で動作するオンチップOELGは、シリコンベースのオプトエレクトロニクスによってもたらされる高まる可能性との統合に大変望ましい。しかし、今のところ、動作は紫外域や可視域における線形論理関数に限られており、複数の論理関数向けの高性能OELGが不足している。今回我々は、1.55 μmでのオプトエレクトロニック論理演算向けに、黒リンを用いて最大で3つのシリコン導波路を統合した。我々は、導波路への光入力をプログラミングし、電子信号を読み出すことによって、線形（AND、OR、NOT、NAND、NOR）OELGと非線形（XOR、XNOR）OELGを実証する。そうしたデバイスは、0.35 A W⁻¹という高い応答度と230 MHzの3 dB帯域幅を示す。光起電ORゲートと電圧スイッチング可能なANDゲートを組み合わせることによって、(A + B)C形式で2層複合論理計算が可能になった。また我々は、これらのOELGによって実行された記号認識、エッジ抽出、画像融合、暗号化と復号も実証している。今回の研究は、新しいオプトエレクトロニック論理計算回路の開発への道を開く。