由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益。光晶体管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体管所用材料通常是砷化镓（CaAs），主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。

简介

主要作用

最小的光晶体管(原理 前景)

简介

光晶体管

phototransistor

由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益。光晶体管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体管所用材料通常是砷化镓（GaAs），主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。双极型光晶体管通常增益很高，但速度不太快，对于GaAs-GaAlAs，放大系数可大于1000，响应时间大于纳秒，常用于光探测器，也可用于光放大。场效应光晶体管响应速度快(约为50皮秒)，但缺点是光敏面积小，增益小（放大系数可大于10），常用作极高速光探测器。与此相关还有许多其他平面型光电器件，其特点均是速度快（响应时间几十皮秒）、适于集成。这类器件可望在光电集成中得到应用。

主要作用

双极型光晶体管通常增益很高，但速度不太快，对于GaAs-GaAlAs，放大系数可大于1000，响应时间大于纳秒，常用于光探测器，也可用于光放大。场效应光晶体管响应速度快(约为50皮秒)，但缺点是光敏面积小，增益小（放大系数可大于10），常用作极高速光探测器。与此相关还有许多其他平面型光电器件，其特点均是速度快（响应时间几十皮秒）、适于集成。这类器件可望在光电集成中得到应用。

来自瑞士的研究人员日前制作出号称是“世界上最小的光晶体管”——仅由一个单一染料分子组成。该器件的问世意味着又朝全光电路和光子计算应用迈出重大一步。

最小的光晶体管

自从1960年第一个激光器问世以来，科学家和工程师一直梦想着用光子取代电子来制作“电路”，在这里，玻璃纤维或波导将扮演电缆或线路的角色，用来传导光，而光开关、晶体管和二极管也将被用到，光子集成电路相比传统的电子集成电路具有很多明显优势，包括信号屏蔽性，速度更快，散热更是少，带宽更大，更低串扰等。

遗憾的是，到目前为止，光子集成电路依然离桌面计算机和其他日常应用相差甚远，主要原因是这些电路需要在纳米级(Nanoscopic，1~100nm ）的空间内控制光子，要做到这一点非常困难。另外，将光束有效混合（将一个光束能量转移到其他光束上）也需要macrosized的晶体。

尽管如此，光子集成电路研发的脚步并没有停止，最近纳米光学研究突飞猛进，让人们看到新的希望。来自瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology，ETH Zurich)的研究人员最近宣布，已利用单分子(molecule)开发出一种光学晶体管。

原理

透过将激光束集中在单分子上，ETH Zurich的科学家只用单个分子就产生激光运作的基本条件──受激发射(stimulated emission)。由于在低温下，分子会增加它们的外表面积(apparent surface area)来跟光线互动，因此研究人员将分子冷却到摄氏零下272度，也就是只比绝对零度高1度。

两条光束瞄准单分子

在受控制的模式下，利用一道激光束来让单个分子进入量子态(controlled fashion)，研究人员如此能明显的缩减或是放大第二道激光束。这种运作模式与传统的晶体管如出一辙；晶体管内的电位(electrical potential)能用来调变第二个信号。不过ETH Zurich并未透露其单分子的化学方程式。

由于其性能与散热效能的优势，光子运算技术是科学家们长期追求的目标；光子(photon)不仅发热比电子少，也能达到高出相当多的数据传输速率。不过光通讯技术却只能逐步地从长距离通讯，进展到短距离通讯，再进入单系统中。

光晶体管示意图

前景

尽管如此，包括电动(electronically-operated)与光动(optically-operated)的光交换机，都已经被开发出来。ETH Zurich的物理化学实验室教授Vahid Sandoghdar表示，光子技术与目前的电子技术相比，就很像今日的IC之于1950年代的真空管放大器。

ETH Zurich所开发的单分子光学晶体管，也有助于催生量子计算机。Sandoghdar表示，要在晶体管内用光子来替代电子，还需要很多年的时间；在此同时，科学家也在研究如何巧妙运用并控制量子系统，以实现量子计算机的梦想。