上海技物所在半導體單納米線光電特性研究方面取得進展

　　近年來，半導體納米線因為其準一維的結構特征，在能源、生物、微電子、微機械等眾多領域受到廣泛的關注。特別是以納米線作為功能材料的光電器件，如光電探測器、太陽能電池等已經展現出一定的優勢。在光電轉換的核心要素中，納米線由于陷光效應可以在低占空比條件下實現高效光吸收，而其中的電子(空穴)遷移率等也逐漸接近甚至高于相應體材料的最佳值;相對而言，載流子壽命尤其是少子壽命已經成為限制納米線光電器件性能進一步提升的關鍵參數。與此同時，功能性的n型或p型摻雜是實現納米線電子、光電效能的基本條件之一，但受這類材料高比-表面積的影響，摻雜可能偏離預期的電子學目標，因此這方面微觀機制的澄清將有益于納米線走向實際應用。

　　中科院上海技術物理研究所紅外物理國家重點實驗室博士研究生夏輝等在合作導師的指導下，使用聚合物包裹的砷化鎵(GaAs)納米線，并利用基于導電原子力顯微術的納米光電子學研究平臺，實現了對單根外延納米線的測量。該實驗方案相對于常用的單納米線器件測量方法，避免了光刻、離子束觀測等器件制作工藝對半導體納米線的損傷，因而更利于考察原生納米線的本征性質。

　　區別于常規薄膜和體材料，他們在GaAs納米線中觀察到了因n型摻雜帶來的奇異線性光電流現象。研究人員通過建立考慮納米線結構特征的數值模型，復現了不同摻雜條件下單納米線的光電流-偏壓曲線，并從中提取了單納米線的少子(空穴)壽命。進一步的比較分析發現，由于表面電子態的大量存在，在相當濃度的摻雜條件下(n=<2E17 cm-3)，n型雜質釋放的電子可能傾向于占據表面態，從而成為光生空穴的復合通道。

　　這一機制澄清了半導體納米線中少子壽命顯著低于薄膜材料體系的微觀起源，并有助于納米線表面特性的控制和摻雜納米線光電性能的優化應用。

　　該項工作得到了973項目、國家自然科學基金、中國科學院國際合作團隊計劃的資助。相關論文發表在最近一期的ACS Nano上(6卷，6005-6013) 。