[发明专利]光电计算单元、光电计算阵列及光电计算方法

权利要求书

1.一种光电计算单元，采用光输入和电输入两种方式输入运算量，包括一个半导体多功能区结构，其中，所述半导体多功能区结构包括至少一个载流子控制区、至少一个耦合区、以及至少一个光生载流子收集区和读出区，其中：

采用光输入的运算量，即光输入量，通过入射光子转化为光生载流子的方式来完成输入；采用电输入的运算量，即电输入量，通过直接注入载流子的方式来完成输入；

所述载流子控制区，被设置为控制并调制所述光电计算单元内的载流子，并且作为所述光电计算单元的电输入端口，输入其中一个运算量作为电输入量；或者被设置为只控制并调制所述光电计算单元内的载流子，通过其他区域输入电输入量；

所述耦合区，被设置为连接光生载流子收集区和读出区中的收集区和读出区，使得光子入射产生的光生载流子作用于所述光电计算单元内的载流子，形成运算关系；

所述光生载流子收集区和读出区，其中收集区被设置为吸收入射的光子并收集产生的光生载流子，并且作为所述光电计算单元的光输入端口，输入其中一个运算量作为光输入量；读出区被设置为作为所述光电计算单元的电输入端口，输入其中一个运算量作为电输入量，并且作为所述光电计算单元的输出端口，输出被光输入量和电输入量作用后的载流子作为单元输出量；或者通过其他区域输入电输入量，读出区只作为所述光电计算单元的输出端口，输出被光输入量和电输入量作用后的载流子，作为单元输出量。

2.如权利要求1所述的光电计算单元，其中：包括作为所述载流子控制区的控制栅极、作为所述耦合区的电荷耦合层，以及作为所述光生载流子收集区和读出区的P型半导体衬底，其中：

所述作为光生载流子收集区和读出区的P型半导体衬底，包括左侧收集区和右侧读出区，所述左侧收集区被设置为用以产生用于光电子收集的耗尽层，并通过右侧读出区读出收集的光电子电荷量，作为光输入端的输入量；所述右侧读出区，包含浅槽隔离、N型漏端和N型源端，被设置为用于读出，同时也可以作为电输入端，输入其中一位运算量；

作为所述耦合区的电荷耦合层，被设置用作连接光生载流子收集和读出区中的收集区和读出区，使收集区衬底内耗尽区开始收集光电子以后，收集区衬底表面势就会受到收集的光电子数量影响；并且通过电荷耦合层的连接，使得读出区半导体衬底表面势受到收集区半导体衬底表面势影响，进而影响读出区源漏间电流大小，从而通过判断读出区源漏间电流来读出收集区收集的光电子数量；

所述作为载流子控制区的控制栅极，被设置为用以在其上施加一个脉冲电压，使得在P型半导体衬底读出区中产生用于激发光电子的耗尽区，同时也可以作为电输入端，输入其中一个运算量；

用于隔离的底层介质层，被设置在所述P型半导体衬底和所述电荷耦合层之间；

用于隔离的顶层介质层，被设置在电荷耦合层和所述控制栅极之间。

3.如权利要求1所述的光电计算单元，其中：包括作为所述载流子控制区的控制栅极、作为所述耦合区的电荷耦合层，以及作为所述光生载流子收集区和读出区的N型衬底，其中：

所述作为光生载流子收集区和读出区的N型半导体衬底，包括左侧收集区和右侧读出区，所述左侧收集区被设置用以产生用于光空穴收集的耗尽层，并通过右侧读出区读出收集的光空穴电荷量，作为光输入端的输入量；所述右侧读出区，包含浅槽隔离、P型漏端和P型源端，被设置为用于读出，同时也可以作为电输入端，输入其中一位运算量；

所述作为耦合区的电荷耦合层，用以连接光生载流子收集区和读出区中的收集区和读出区，被设置为使收集区衬底内耗尽区开始收集光空穴以后，收集区衬底表面势就会受到收集的光空穴数量影响；通过电荷耦合层的连接，使得读出区半导体衬底表面势受到收集区半导体衬底表面势影响，进而影响读出区源漏间电流，从而通过判断读出区源漏间电流来读出收集区收集的光空穴数量；

所述作为载流子控制区的控制栅极，被设置为用以在其上施加一个负脉冲电压，使得在N型半导体衬底读出区中产生用于激发光空穴的耗尽区，同时也可以作为电输入端，输入其中一位运算量；

用于隔离的底层介质层，被设置在所述N型半导体衬底和所述电荷耦合层之间；

用于隔离的顶层介质层，被设置在电荷耦合层和所述控制栅极之间。