近日，上海交通大學密西根學院但亞平課題組在國際知名學術期刊《美國化學學會光子學》（ACS Photonics）上發表其最新研究成果《A photoconductor intrinsically has no gain》（光電導器件本質上無增益）。該研究發現一個存在了50多年的半導體光電導器件增益原理理論從根本上是錯誤的。此前該理論已經載入中外經典半導體物理課本，並廣泛為人們所接受。
理想光電導器件光電流隨電壓趨近飽和，導致光電器件本質上無增益
自上世紀50年代起，人們在實驗中就觀察到半導體光電導器件具有巨大的量子效率增益，特別是對於納米或原子尺度的半導體光電導器件，有時候增益可高達1億倍。經典的半導體物理理論認為，如果器件長度足夠短而少數載流子壽命又足夠長，則半導體光電導器件本身就具有巨大的增益。上個世紀80年代，日本科學家Nozomu Matsuo通過嚴格的實驗對比，發現該理論預測與實驗結果相去甚遠。隨後的幾十年中，也陸續有科學家認為該理論有問題，但一直無人指出問題出在哪裡，正確的理論又是什麼。
此次發表的論文中，但亞平教授及其團隊不僅指出了該理論的錯誤之處（2個假定不成立），而且給出了嚴格的正確表達式。研究發現，理想半導體光電導器件本身無增益，實驗中觀察到的巨大光增益來源於半導體內部的缺陷態或耗盡區的俘獲效應。這一研究成果有望改寫中外半導體物理課相關本章節（3~4頁內容）。 《美國化學學會光子學》學術期刊編輯與6位審稿人經過近6個月的評審與討論，認為論文結論正確，支持發表。但亞平教授為該論文的第一作者兼通訊作者，博士畢業生趙興巖博士、博士生陳愷翔以及法國馬賽大學Abdelmadjid Mesli教授也是論文的作者。該研究獲得了自然科學基金（61376001和61874072）的支持。
背景介紹
但亞平現任上海交通大學特別研究員（教授），密西根學院Tenure-track副教授、博士生導師。 1999年本科畢業於西安交通大學，2002年碩士畢業於清華大學，2008年博士畢業於美國賓夕法尼亞大學。博士畢業後，在哈佛大學從事博士後研究，2012年加入上海交通大學密西根學院，同年入選中組部「青年千人計劃」。但教授的研究工作主要集中在全矽基光電子和單原子電子學，為未來先進集成電路和量子計算機技術提供關鍵解決方案。
論文連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.8b00805