知道嗎？一個手機有數億個晶體管！幾乎所有的智能電子產品都由海量的晶體管組成。晶體管是目前最重要的半導體電子元件，沒有之一。
晶體管通常有3個端口（極），分別為兩個輸入端，一個輸出端，其中一個輸入端信號可以對另外一個輸入端信號進行放大、調製、開關等處理。
最具代表性的晶體管就是三極管，又稱雙極型晶體管、晶體三極管。三極管有三個電極，分別是基極、發射極和集電極。三極管是半導體基本元器件之一，它可以用基極的小電流信號去控制集電極的大電流信號，使得發射極的輸出信號特性與基極的小電流信號特性相同，但是電流強度得到多倍增益，從而實現基極輸入信號的多倍放大的效果。
晶體管其實跟水龍頭很像。水龍頭有入水口，閥控和出水口，入水口和閥控相當於兩個輸入端，出水口相當於輸出端。入水口為水龍頭提供水源，我們輕輕扭動水龍頭的把手（對於晶體管來說，這個操作可視為微調控，相當於基極的小電流信號）就可以隨意改變出水口水流的開、關和大小，實現微調控向大水流的轉變。
根據晶體管的輸入和輸出的不同，我們可以把晶體管分成電子晶體管、光電晶體管、全光晶體管、全光輸入光電晶體管等。
電子晶體管（圖1a）：電+電→電。1947年，電子晶體管的問世帶來了電子工業界的巨大變革，現在的處理器、存儲器等處處都要用到這類電子晶體管。
光電晶體管（圖1b）：電+光→電，常被用作光控開關應用於各類光電器件中。
全光晶體管（圖1c）：光+光→光，可以為未來光子計算機的研發提供基礎。
全光輸入光電晶體管（圖1d）：光+光→電，可為將來電器件和光器件的兼容問題提供幫助。
圖1 電子晶體管、光電晶體管、全光晶體管、全光輸入光電晶體管的示意圖。
今天，我們就來重點關注其中的一項——全光輸入光電晶體管。這種晶體管是由中科院合肥研究院固體所費廣濤課題組與中國科學技術大學張堯博士合作研製的。
固體所高旭東博士在研究銀/氧化鈦（Ag/TiO2）多孔膜的光電性能時偶然發現，脈衝紅外光可以在銀/氧化鈦器件迴路中產生脈衝電流，當再加一束紫外光照射時，這個脈衝電流可以得到將近100倍的增加（圖2）。
圖2 光電流增強效應：紫外光照對器件近紅外光響應的影響。
這個就很有意思了，也就是說，當只有紅外光照射時，輸出光電流為1 nA，只有紫外光照射時，輸出電流為1 nA，當紅外和紫外光同時照射時，輸出電流卻可以增長到大約為100 nA！可以這樣表示：紅外光→1 nA，紫外光→1 nA，紅外光+紫外光→100 nA，而且輸出電流的頻率完全繼承於紅外光，因此可以說是紅外光的光電流信號被放大了100倍。
這種現象突破了一般光電探測器的“光電流累加”的效應，出現了類似於晶體管的放大效應。
對比三極管和銀/氧化鈦複合薄膜的輸出特性曲線，可以看出，這兩者的曲線非常的相似，所以就將這種銀/氧化鈦複合薄膜稱作全光輸入的光電晶體管。而且，值得一提的是，這種光電器件只需要兩束光輸入就可以實現，並不需要外加電驅動。
圖3 (a) 三極管的輸出特性曲線，(b) 銀/氧化鈦複合薄膜的光電輸出特性曲線。
他們分析表明，出現這種光控光電流增強特性，是源於銀/氧化鈦界面的肖特基勢壘。肖特基勢壘，是一種金屬和半導體接觸形成的能壘，可以對電子的遷移進行阻擋。
再回頭看看我們的水龍頭，肖特基勢壘就相當於是水龍頭的閥控，它可以通過紫外光調控；而紅外光，相當於水龍頭的入水口，它可以激發出熱電子；熱電子就相當於水龍頭中的水。我們把水龍頭的閥控擰得緊，流出的水流小。同樣地，在銀/氧化鈦光電器件中，肖特基勢壘高的時候，輸出的光電流就小，利用紫外光改變肖特基勢壘高度可以來調控輸出電流。
圖4 銀/氧化鈦的光控電流過程與水龍頭的閥控過程類比。光控電流過程中，紫外光調控肖特基勢壘高度，近紅外光激發熱電子越過勢壘形成電流。
類比於三極管對電信號的放大、開關和調製等功能，這種銀/氧化鈦複合薄膜全光輸入的光電晶體管可用於對光電信號的增強、開關和調製（圖5）。該項工作為未來光電器件的研製提供了重要的參考。
圖5 銀/氧化鈦全光輸入光電晶體管的潛在應用。
相關研究結果作為卷首圖片文章發表在 Adv. Funct. Mater. 雜誌上。
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