一种基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料传感领域，更具体地，涉及一种基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门及其制备方法，该基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门具体是由二氧化锡纳米颗粒和二氧化锡包覆碳纳米管复合材料分别形成正光电导器件和负光电导器件组成。
【背景技术】
[0002]信息技术的快速发展，促使计算机、通信和控制等领域越来越多的使用光信号进行传输，遵循光学原理的全光器件被大量研宄，已可以实现所有逻辑功能，且可以集成。另一方面，无论是计算机、通信或控制的终端，都是用电信号工作的，所以快速有效的实现光信号转换成电信号，同时能进行处理的光电逻辑门十分必需。
[0003]目前对于光电逻辑门的研宄十分有限，且都存在各种问题:
[0004]1、逻辑功能不完整。光电逻辑门一方面要实现光电转换，另一方面，要对光输入信号进行逻辑运算；光电转换是基于光照对于器件的电学性能的影响完成的。现有技术中，负光电导响应倍率(即暗电流与光电流之比)小，不能用于制作逻辑门，只能利用正光电导效应，反应单一，故逻辑功能不完整。如在文献“Optoelectronic Logic Gate MonolithicallyIntegrating Resonant Tunneling D1des and Un1-Traveling-Carrier PhotoD1de” (IEEE, 1998，DO1:10.1109/ICIPRM.1998.712493)，“Ti02_Based Light-DrivenX0R/INH Logic Gates，，(Angew.Chem.2006，DO1: 10.1002/ange.200600076)和“Self-Powered，Ultrafast，Visible-Blind UV Detect1n and Optical Logical Operat1n based onZnO/GaN Nanoscale p_n Junct1ns，，(Adv.Mater.2011，DO1: 10.1002/adma.201003156)中，逻辑门就只能实现部分逻辑功能。
[0005]2、对输入有限制。如在文献 “An active beam-scanning optoelectronic logicgate，，(IEE Proceedings J(Optoelectronics) 1991, DO1: 10.1049/ip-j.1991.0020)中，逻辑门可实现所有逻辑功能，但只能处理黑白像素组输入，即基本输入单元是两条光线，且明暗相反，由明暗方位的不同来区分逻辑“O” “1”，并不能对简单光信号(如单一光信号)进行处理。
[0006]3、稳定性差。如在文献“Optoelectronic Logic Gates Based on PhotovoltaicResponse of Bacter1rhodopsin Polymer Composite Thin Films，， (IEEE TRANSACT1NSON NAN0B10SCIENCE 2012,DO1:10.1109/TNB.2012.2213840)和“OptoelectronicLogic Gates based on Photovoltaic Response of Bacter1rhodopsin ProteinThin Films，， (Internat1nal Conference on Fibre Optics and Photonics 2012，DO1:10.1364/PH0T0NICS.2012.MP0.23)中，基于光伏材料的光电效应的叠加，实现了全功能逻辑门，但对于不同强度的接收光需要设置不同的阈值，且衰减剧烈，信号不能保持。
[0007]在光电子器件中，基于载流子激发的普通正光电导现象作用广泛，但是效应的固有参数依然限制了它的应用；另一方面，缺失对应的负光电导现象，也是光电导现象应用的障碍。利用正光电导和负光电导的组合，能实现易组装全功能的逻辑门，但目前发现的负光电导效应，响应倍率(暗电流与光电流之比)很小，不能用来制作光电逻辑门。如在文献 “Experimental study of negative photoconductivity in n-PbTe (Ga) epitaxialfilms^(Phys.Rev.B 2000，DO1:10.1103/PhysRevB.61.16045)，“Evidence for a negativeinterband photoconductivity in arrays of Ge/Si type-1I quantum dots，， (Phys.Rev.B 2000, DO1: 10.1103/PhysRevB.62.R16283)和文献 “Negative photoconductivityin Si02f i Ims containing Si nanocrystals，，(Appl.Phys.Lett.1999，DOI:10.1063/1.124245)中响应倍率均小于2。因此，提高负光电导效应器件的响应倍率，设计并制造稳定且功能全面的光电逻辑门，是光电逻辑门工业应用的前提。此外，进一步优化光电逻辑门的制备方法，提高光电逻辑门的成品率以及各项性质，对光电逻辑门的实际推广应用也具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于一种基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门及其制备方法，其中通过对其关键的负光电导器件的结构及其材料、制备工艺、器件的连接关系等进行改进，与现有技术相比能够有效解决光电逻辑门功能不完整的问题，并且该光电逻辑门可对简单的光信号进行逻辑处理达到稳定运算的技术效果。
[0009]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门，其特征在于，包括第一正光电导器件和第一负光电导器件，所述第一正光电导器件和所述第一负光电导器件相互配合使用，用于接收第一光信号；
[0010]所述第一正光电导器件采用二氧化锡纳米颗粒，并具有用于接收所述第一光信号的光接收面；
[0011]所述第一负光电导器件采用二氧化锡/碳纳米管复合材料，并具有用于接收所述第一光信号的光接收面；所述二氧化锡/碳纳米管复合材料为二氧化锡纳米颗粒包覆的碳纳米管复合材料；
[0012]所述第一正光电导器件和所述第一负光电导器件均具有两个电极，这两个电极分别为供能电极和输出电极；
[0013]所述第一正光电导器件的供能电极与供能电压或者地端连接，用于传输电流；其中当所述第一正光电导器件的供能电极与所述供能电压连接时，所述第一负光电导器件的供能电极与地端连接；其中当所述第一正光电导器件的供能电极与地端连接时，所述第一负光电导器件的供能电极与所述供能电压连接；
[0014]所述第一正光电导器件的输出电极与所述第一负光电导器件的输出电极相连，作为输出逻辑运算结果的端口用于输出逻辑运算结果，该逻辑运算结果受所述第一光信号影响。
[0015]作为本发明的进一步优选，所述基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门为非门，所述第一正光电导器件的供能电极与地端连接，所述第一负光电导器件的供能电极与所述供能电压连接；
[0016]当所述第一光信号为逻辑假时，所述逻辑运算结果为逻辑真；
[0017]当所述第一光信号为逻辑真时，所述逻辑运算结果为逻辑假。
[0018]作为本发明的进一步优选，所述基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门为与门、或门、与非门和或非门中的任意一种；还包括第二正光电导器件和第二负光电导器件，所述第二正光电导器件和第二负光电导器件相互配合使用，用于接收第二光信号；
[0019]所述第二正光电导器件采用二氧化锡纳米颗粒，并具有用于接收所述第二光信号的光接收面；所述第二负光电导器件采用二氧化锡/碳纳米管复合材料，并具有用于接收所述第二光信号的光接收面；所述第二正光电导器件与所述第二负光电导器件均具有两个电极；
[0020]其中当所述基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门为与门时，所述第一正光电导器件的供能电极通过所述第二正光电导器件与所述供能电压连接，所述第一正光电导器件、所述第二正光电导器件与所述供能电压串联；所述第二负光电导器件的一个电极与地端相连，另一电极与所述第一正光电导器件的输出电极和所述第一负光电导器件的输出电极相连，用于输出逻辑运算结果；
[0021]当所述第一光信号与第二光信号均为逻辑真时，该逻辑运算结果为逻辑真；否则，该逻辑运算结果为逻辑假；
[0022]其中当所述基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门为或门时，所述第一负光电导器件的供能电极通过所述第二负光电导器件与地端连接，所述第一负光电导器件、所述第二负光电导器件与地端串联；所述第二正光电导器件的一个电极与所述供能电压相连，另一电极与所述第一正光电导器件的输出电极和所述第一负光电导器件的输出电极相连，用于输出逻辑运算结果；
[0023]当所述第一光信号与第二光信号均为逻辑假时，所述逻辑运算结果为逻辑假；否贝IJ，所述逻辑运算结果为逻辑真；
[0024]其中当所述基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门为与非门时，所述第一正光电导器件的供能电极通过所述第二正光电导器件与地端连接，所述第一正光电导器件、所述第二正光电导器件与地端串联；所述第二负光电导器件的一个电极与所述供能电压相连，另一电极与所述第一正光电导器件的输出电极和所述第一负光电导器件的输出电极相连，用于输出逻辑运算结果；
[0025]当所述第一光信号与第二光信号均为逻辑真时，所述逻辑运算结果为逻辑假；否贝IJ，所述逻辑运算结果为逻辑真；
[0026]其中当所述基于二氧化锡纳米颗粒的光电逻辑门为或非门时，所述第一负光电导器件的供能电极通过所述第二负光电导器件与所述供能电压连接，所述第一负光电导器件、所述第二负光电导器件与所述供能电压串联；所述第二正光电导器件的一个电极与地端相连，另一电极与所述第一正光电导器件的输出电极和所述第一负光电导器件的输出电极相连，用于输出逻辑运算结果；
[0027]当所述第一光信号与第二光信号均为逻辑假时，所述逻辑运算结果为逻辑真；否则，所述逻辑运算结果为逻辑假。
[0028]作为本发明的进一步优选，所述第一光信号和所述第二光信号的逻辑真假均以其光强度为依据；当所述第一光信号或者所述第二光信号的光强度大于等于20mW/cm2时，该第一光信号或者第二光信号为逻辑真；否则为逻辑假。
[0029]作为本发明的进一步优选，所述供能电压为恒定值。
[0030]作为本发明的进一步优选，所述逻辑运算结果的逻辑真假以所述输出逻辑运算结果的端口的电压为依据。
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