半導(dǎo)體器件存在缺陷態(tài)等無(wú)序因素，其載流子的輸運(yùn)往往表現(xiàn)為躍遷形式。半導(dǎo)體中的缺陷態(tài)種類較為復(fù)雜，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)并描述半導(dǎo)體器件中的載流子輸運(yùn)及宏觀電學(xué)特性是領(lǐng)域內(nèi)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
低溫下半導(dǎo)體器件所廣泛表現(xiàn)出的非線性伏安（I-V）特性的具體物理原因是備受關(guān)注的話題之一。此前，多數(shù)研究將非線性I-V特性歸因于電場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體材料中的電子躍遷速率的均勻調(diào)制效應(yīng)。這一解釋沒(méi)有解決非線性輸運(yùn)的問(wèn)題，反而引發(fā)了更激烈的爭(zhēng)論。
中國(guó)科學(xué)院微電子研究所微電子器件與集成技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉明院士團(tuán)隊(duì)從理論方面提出了載流子的“集體輸運(yùn)效應(yīng)”（collective transport）的物理機(jī)制。該理論認(rèn)為外電場(chǎng)所導(dǎo)致的非均勻分布的滲流路徑生長(zhǎng)產(chǎn)生了collective transport效應(yīng)，進(jìn)而在器件尺度上導(dǎo)致非線性的I-V特性。在實(shí)驗(yàn)方面，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在聚合物器件中，通過(guò)巧妙地控制半導(dǎo)體的維度實(shí)現(xiàn)了對(duì)器件滲流閾值的控制，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)器件I-V非線性程度的控制直接證實(shí)了非線性輸運(yùn)來(lái)源于collective transport這一假設(shè)。該工作實(shí)現(xiàn)了關(guān)于上述話題互存爭(zhēng)議的各種假設(shè)的統(tǒng)一，為發(fā)展操控半導(dǎo)體器件I-V特性的方法提供了理論依據(jù)。
相關(guān)研究成果以Collective Transport for Nonlinear Current-Voltage characteristics of Doped Conducting Polymers為題，發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》【Physical Review Letters 130, 177001 (2023)】上。
a.collective transport模型，b.電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)滲流路徑的形成，c.實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到維度控制的非線性輸運(yùn)，d.基于collective transport理論仿真維度控制的非線性輸運(yùn)。
