半導體器件存在缺陷態(tài)等無序因素，其載流子的輸運往往表現為躍遷形式。半導體中的缺陷態(tài)種類較為復雜，準確認識并描述半導體器件中的載流子輸運及宏觀電學特性是領域內的難點和重點。

低溫下半導體器件所廣泛表現出的非線性伏安（I-V）特性的具體物理原因是備受關注的話題之一。此前，多數研究將非線性I-V特性歸因于電場對半導體材料中的電子躍遷速率的均勻調制效應。這一解釋沒有解決非線性輸運的問題，反而引發(fā)了更激烈的爭論。

中國科學院微電子研究所微電子器件與集成技術重點實驗室劉明院士團隊從理論方面提出了載流子的“集體輸運效應”（collective transport）的物理機制。該理論認為外電場所導致的非均勻分布的滲流路徑生長產生了collective transport效應，進而在器件尺度上導致非線性的I-V特性。在實驗方面，該團隊進一步在聚合物器件中，通過巧妙地控制半導體的維度實現了對器件滲流閾值的控制，并在此基礎上通過對器件I-V非線性程度的控制直接證實了非線性輸運來源于collective transport這一假設。該工作實現了關于上述話題互存爭議的各種假設的統(tǒng)一，為發(fā)展操控半導體器件I-V特性的方法提供了理論依據。

相關研究成果以Collective Transport for Nonlinear Current-Voltage characteristics of Doped Conducting Polymers為題，發(fā)表在《物理評論快報》【Physical Review Letters 130, 177001 (2023)】上。

a.collective transport模型，b.電場驅動滲流路徑的形成，c.實驗觀測到維度控制的非線性輸運，d.基于collective transport理論仿真維度控制的非線性輸運。

來源：中國科學院微電子研究所

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