半導(dǎo)體材料中的光電轉(zhuǎn)換過程是光電探測(cè)器和太陽能器件的基礎(chǔ)，也一直是半導(dǎo)體材料和物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)半導(dǎo)體物理理論認(rèn)為：在低維材料中，光生載流子在形成后會(huì)弛豫到基態(tài)，由于受到量子限制，光生載流子難于逃離限制勢(shì)壘形成有效的光電流。因此，將低維半導(dǎo)體材料應(yīng)用于光伏和探測(cè)器領(lǐng)域一直難以成功。 G;9|%yvd8  
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　　近期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所E03組的博士生王文奇、吳海燕、楊浩軍以及王祿、馬紫光、江洋副研究員在陳弘研究員的指導(dǎo)下，與劉伍明研究員課題組合作，采用共振激發(fā)光致發(fā)光譜技術(shù)（即采用介于低維材料和其勢(shì)壘的禁帶寬帶的激光能量，只選擇性激發(fā)低維材料中的電子和空穴，而不在勢(shì)壘中形成光生載流子），在InGaN量子阱，InGaAs量子阱，InAs量子點(diǎn)等多個(gè)材料體系中均觀察到了在PN結(jié)作用下的載流子高效逃逸現(xiàn)象。 B%(K0`G#X  
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　　如圖1所示，在無PN結(jié)的NIN結(jié)構(gòu)中（非摻雜I區(qū)由10個(gè)周期的InAs/GaAs量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)組成），即使存在較高的外加偏壓載流子仍不能逃逸限制勢(shì)壘，只能通過輻射復(fù)合的方式發(fā)光。而在另一個(gè)測(cè)試樣品中，僅將NIN結(jié)構(gòu)中的一個(gè)N型摻雜區(qū)改變?yōu)镻型摻雜區(qū)，形成了含有PN結(jié)的PIN結(jié)構(gòu)。在同樣的共振激發(fā)光致發(fā)光譜測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，在零偏壓短路情況下，實(shí)驗(yàn)觀察到超過85%的載流子不再參與發(fā)光。與此同時(shí)，電路中觀察到了明顯的光電流產(chǎn)生。通過在電路中串聯(lián)一可變電阻調(diào)整電路電流發(fā)現(xiàn)，電路中電流與量子點(diǎn)發(fā)光積分強(qiáng)度呈現(xiàn)線性反比關(guān)系，直接證實(shí)了量子點(diǎn)中形成的光生載流子形成了光電流。此外，通過對(duì)樣品光電轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算，推算出該樣品中材料吸收系數(shù)存在數(shù)量級(jí)程度的增加。 #mTMt;x  
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　　上述現(xiàn)象不能用經(jīng)典熱電子發(fā)射、和隧穿現(xiàn)象及中間能帶理論解釋。項(xiàng)目組提出了一個(gè)新的物理模型，如圖2所示：沒有pn結(jié)的低維材料吸收光以后弛豫到基態(tài)，不能在電場(chǎng)的作用下逃逸低維材料，而有pn結(jié)的低維材料吸收光以后直接逃逸低維材料而不弛豫到基態(tài)。 ?:JdRnH