中國科學技術(shù)大學微電子學院龍世兵教授、孫海定研究員團隊在氮化鎵(GaN)半導體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》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基半導體p-n異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)設計,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/成像設備、光控邏輯電路等未來新學科交叉領域帶來新的應用突破。
中國科學技術(shù)大學微電子學院孫海定研究員為論文通訊作者,微電子學院博士生汪丹浩為論文第一作者,合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心胡偉研究員,美國密歇根大學Mi Zetian教授、澳大利亞國立大學傅嵐教授(中國科大微電子學院客座教授)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基金項目、中科大雙一流建設經(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院、中國科大微納研究與制造中心、中國科大信息科學實驗中心、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。
中國科學院長春光學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上。該超表面創(chuàng)建了一個有效的多模干涉儀,在波導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、生物醫(yī)學傳感和光遺傳學領域具有巨大應用潛力。