由于半導(dǎo)體器件廣泛存在缺陷態(tài)等無序因素，其載流子的輸運往往表現(xiàn)為躍遷形式。因半導(dǎo)體中的缺陷態(tài)種類較為復(fù)雜，準(zhǔn)確認(rèn)識并描述半導(dǎo)體器件中的載流子輸運及宏觀電學(xué)特性一直是本領(lǐng)域內(nèi)的難點及重要話題。 

　　低溫下半導(dǎo)體器件所廣泛表現(xiàn)出的非線性伏安（I-V）特性的具體物理原因是近二十年最廣受關(guān)注的話題之一。此前，大多數(shù)研究將非線性I-V特性歸因于電場對半導(dǎo)體材料中的電子躍遷速率的均勻調(diào)制效應(yīng)，這種解釋不但沒有解決非線性輸運的問題，反而引發(fā)了更激烈的爭論(Nat. Mater. 8, 572(2009); Phys.Rev.Lett. 105, 156604 (2010))。 

　　針對此類問題與爭論，微電子所微電子器件與集成技術(shù)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(yīng)（collective transport）”的物理機制。該理論認(rèn)為外電場所導(dǎo)致的非均勻分布的滲流路徑生長產(chǎn)生了collective transport效應(yīng)，進(jìn)而在器件尺度上導(dǎo)致了非線性的I-V特性。在實驗方面，團隊進(jìn)一步在聚合物器件中通過巧妙控制半導(dǎo)體的維度實現(xiàn)了對器件滲流閾值的控制，在此基礎(chǔ)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這個假設(shè)。該工作實現(xiàn)了關(guān)于該話題互存爭議的各種假設(shè)的統(tǒng)一，為發(fā)展操控半導(dǎo)體器件I-V特性的方法提供了理論依據(jù)。 

       該工作以“Collective Transport for Nonlinear Current-Voltage characteristics of Doped Conducting Polymers”為題發(fā)表在物理學(xué)頂級期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上(Phys. Rev. Lett. 130, 177001 (2023))。微電子所副研究員王嘉瑋為該文章第一作者，李泠研究員為該文章通訊作者。 

圖(a)collective transport模型，（b）電場驅(qū)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