上海交大但亞平課題組發現光電導器件瞬態響應內在機制

　　近日，上海交通大學密西根學院但亞平教授課題組在國際知名學術期刊《ACS Nano》上發表其最新研究成果《Analytical Transient Responses and Gain-Bandwidth-Products of Low-Dimensional High Gain Photodetectors》（低維高增益光電探測器瞬態響應和增益帶寬積解析表達式，論文鏈接）, 論文揭示了光電導器件瞬態響應內在機制，建立了顯性瞬態光響應解析表達式，發現了高增益光電導型器件增益帶寬積（GBP）的理論極限，為光電導器件性能設計提供了理論依據。但亞平為論文的通訊作者，博士后何佳晶博士為論文第一作者，密院助理教授楊睿、兼職教授Abdelmadjid Mesli，博士研究生劉華友、賈越洋、李凱以及西安交通大學賀永寧教授及學生黃楚林參與了研究工作。

　　光電導器件雖然結構簡單，卻具有驚?的量?效率增益（上億倍）和光靈敏度，但因缺乏理論指導器件設計，?直未獲得?泛應?。經典光電導增益理論于1956年確?，是隱性函數。該理論認為任何光電導器件只要尺??夠?均可產?巨?增益。但1984年?本科學家（Jpn. J. Appl. Phys. 23, 1984, L299-L301）精確測量了砷化鎵薄膜光電導器件的各參數，發現將參數代?經典理論后增益不會?于10，?實驗測量值低3個數量級。后來也陸續有?對經典理論提出質疑，但??指出該理論具體存在什么問題，正確的理論是什么。該理論已載?中外經典半導體物理課本，被?泛?于定性解釋各種低維光電導器件的?增益現象（Nature Nanotech.7, 2012, 363；Nature Nanotech.9, 2014, 273）。

　　但亞平在長期的教學實踐和科學研究中，發現經典理論存在兩處假定與器件實際情況不符（ACS Photonics 2018）：?是未考慮?屬-半導體邊界條件；?是假定參與導電的光?多?與少?數量相等。考慮邊界條件后，但亞平團隊發現理想光電導器件永遠不會有?增益。但實驗中?們的確觀察到了巨?的增益，這是因為經典理論沒有考慮到真實的半導體總有缺陷或勢阱。其團隊采?光?霍爾效應測量發現：光?少?會被半導體缺陷或勢井捕獲，導致光?多?在導電溝道內積累并遠多于光?少?，由此產?了巨?的光增益（ACS Nano 2018）。

　　在此基礎上，但亞平團隊進?步通過理論和實驗研究，發現并確立了顯性光電導增益理論（ACS Nano 2020），解決了經典理論不能擬合實驗結果、指導器件設計的困境。利?類似的原理，團隊還建?了?墨烯-量?點光電導器件的顯性增益理論，理論可擬合并預測不同柵壓導致的神奇的正、負光電導特性（Small 2021）。此次發表的論文主要研究了高增益光電導器件的瞬態響應及增益帶寬積，為設計此類器件的高頻響應提供理論依據。

　　背景介紹

　　但亞平現任上海交通大學密西根學院長聘副教授、博士生導師。 1999年本科畢業于西安交通大學，2002年碩士畢業于清華大學，2008年博士畢業于美國賓夕法尼亞大學。博士畢業后，在哈佛大學從事博士后研究，2012年加入上海交通大學密西根學院。但亞平的研究工作主要集中在全硅基光電子和單原子電子學，為未來先進集成電路和量子計算機技術提供關鍵解決方案。