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中國科大在半導(dǎo)體p-n異質(zhì)結(jié)中實現(xiàn)雙向光電流

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院龍世兵教授、孫海定研究員團隊在氮化鎵（GaN）半導(dǎo)體p-n異質(zhì)結(jié)中實現(xiàn)了獨特的光電流極性反轉(zhuǎn)（即雙向光電流現(xiàn)象）。相關(guān)成果以“Bidirectional photocurrent in p-n heterojunction nanowires”為題，于2021年9月23日發(fā)表在《自然?電子學(xué)》上（Nature Electronics2021, 4, 645-652）。這是中國科大首次以第一作者單位在該期刊上發(fā)表研究論文。

基于前期的工作積累，研究人員從GaN基半導(dǎo)體p-n異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)設(shè)計，MBE外延工藝探索及納米線形貌調(diào)控出發(fā)，結(jié)合DFT第一性原理理論計算優(yōu)化及半導(dǎo)體表面金屬鉑（Pt）納米顆粒定向修飾，成功構(gòu)建了基于p-AlGaN/n-GaN異質(zhì)p-n結(jié)的光譜可分辨型光電探測器。

該新型器件架構(gòu)不僅克服了傳統(tǒng)固態(tài)p-n結(jié)光電探測器的功能限制，通過改變半導(dǎo)體材料本身帶隙（如組分調(diào)控等手段），還可以實現(xiàn)從深紫外到近紅外全光譜響應(yīng)覆蓋，有望為便攜式光譜儀、液體環(huán)境（如水下，生物體內(nèi)）光電探測和傳感、高分辨率多通道光電傳感器/成像設(shè)備、光控邏輯電路等未來新學(xué)科交叉領(lǐng)域帶來新的應(yīng)用突破。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院孫海定研究員為論文通訊作者，微電子學(xué)院博士生汪丹浩為論文第一作者，合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心胡偉研究員，美國密歇根大學(xué)Mi Zetian教授、澳大利亞國立大學(xué)傅嵐教授（中國科大微電子學(xué)院客座教授）參與了項目的聯(lián)合攻關(guān)。此項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、中科大雙一流建設(shè)經(jīng)費、中央高?；究蒲谢鸬葘ｍ椊?jīng)費的資助，也得到了中國科大微電子學(xué)院、中國科大微納研究與制造中心、中國科大信息科學(xué)實驗中心、國家同步輻射實驗室和中科院無線光電通信重點實驗室的支持。

中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所研制可重構(gòu)超表面波導(dǎo)開關(guān)

中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所Amged Alquliah等人報道了一種新概念的可重構(gòu)超表面波導(dǎo)開關(guān)器件，相關(guān)研究工作發(fā)表在Photonics Research（2021 Vol. 9, Issue 10, pp. 2104-2115）上。

該器件具有在近-可見光譜范圍內(nèi)動態(tài)控制導(dǎo)光的功能，通過使用超緊湊主動超表面的可重構(gòu)和非易失性（1×2）開關(guān)來驗證。該開關(guān)由兩組二氧化鈦（TiO2）和三硫化銻（Sb2S3）組成的納米棒陣列組成，三硫化銻是一種低損耗的相變材料（PCM），圖案位于氮化硅波導(dǎo)上。該超表面創(chuàng)建了一個有效的多模干涉儀，在波導(dǎo)的末端形成輸入模式的圖像，并根據(jù)PCM納米棒的相位將該圖像路由到一個輸出端口。值得注意的是，與其它基于PCM的開關(guān)相比，該研究團隊設(shè)計的基于1×2超表面具有5.5 μm的超緊湊耦合長度和超高的帶寬（22.6 THz）。此外，該器件在近-可見區(qū)域表現(xiàn)出低損耗（1 dB）和低竄擾（11.24 dB）。該研究裝置為實現(xiàn)緊湊和高效的波導(dǎo)路由器和開關(guān)鋪平了道路，在量子計算、神經(jīng)形態(tài)光子網(wǎng)絡(luò)、生物醫(yī)學(xué)傳感和光遺傳學(xué)領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。