近日，我院项炳锡副教授团队在薄膜铌酸锂集成光电器件研究方面取得新进展。相关成果以“Waveguide-Integrated Gate-Controlled Reconfigurable Phototransistor Based on a WSe2/MoS2Heterojunction on Thin-Film Lithium Niobate”为题发表在国际知名学术期刊Laser & Photonics Reviews上。深圳技术大学为论文第一完成单位和通讯作者单位，我院硕士研究生郑鸿男为第一作者，项炳锡副教授为论文通讯作者。
薄膜铌酸锂（TFLN）是下一代光子集成芯片的核心平台，凭借其优异的电光效应、宽光学透射窗口与出色的非线性光学特性，在高速通信、量子光源、光子计算等前沿领域具有广阔应用前景。然而，铌酸锂本征电导率低、光吸收能力有限，难以直接用于构建高性能场效应晶体管和光电探测器，限制了其在多功能光电子集成系统中的应用。可重构场效应晶体管能够通过栅压动态调控载流子输运，实现器件极性与功能的可逆切换，为提高电路集成密度、减少硬件冗余提供了有效途径。因此，将可重构场效应晶体管与薄膜铌酸锂波导相结合，在同一器件中实现逻辑调控与光电探测功能，是推动多功能光子集成芯片发展的重要研究方向。
针对上述挑战，研究团队将WSe2/MoS2范德华异质结转移至表面平整的TFLN质子交换波导上，构建了波导集成型栅控可重构光电晶体管。研究表明，通过背栅电压调控WSe2的费米能级，可动态改变异质结界面的能带排列，实现正向与反向整流状态的可逆切换，从而在同一器件中实现栅控双向半波逻辑整流功能，突破了传统二极管整流方向固定的局限。
图1（a）器件三维结构示意图；（b、c）不同栅压下，器件在暗态和1550 nm光照条件下的双向半波整流特性。
在光电探测方面，该器件展现出覆盖635 nm至1550 nm的宽光谱响应能力。在零栅压、–1V偏置电压下，器件暗电流低至269 pA；偏置工作模式下，响应度高达2245 A/W；自供电模式下，响应度可达144 mA/W，两项性能指标均处于已报道波导集成光电探测器的领先水平。此外，器件实现了4.5 × 104的超高开关比，最高探测度达8.8 × 1013W–1，响应时间为百微秒量级，具备优异的弱光探测性能。
图2（a–d）偏置电压为1 V时，器件在不同光功率下的转移特性曲线，对应波长分别为1550、1310、850和635 nm；（e）不同波长下器件响应度随光功率的变化关系。
该研究在同一波导集成器件中实现了逻辑整流与高性能光电探测功能，验证了TFLN与二维材料异质结异质集成的巨大潜力，为下一代超紧凑、可重构光子集成芯片及低功耗光电子逻辑器件的发展提供了重要的实验基础与设计思路。
本研究得到了国家自然科学基金（12105190、62275174）和深圳市重点产业研发计划项目（ZDCY20250901101000001）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.71565
