缺陷與摻雜對物性的調控專題編者按

半導體是現代最重要的材料,在很多前沿研究領域中總能看到半導體的身影.日常生活中,人們使用的各種電子產品(如手機、電腦、電視機等)的核心部件都是由半導體制作.半導體技術也是目前我國“卡脖子”的關鍵難題之一,其中最核心的問題是缺陷與摻雜.眾所周知,本征半導體是無法實際應用的,只有實現了可控摻雜后半導體才能制作實用器件.因此,半導體的缺陷與摻雜一直是科研領域的重要核心問題.

缺陷與摻雜中蘊含著豐富的物理內容.缺陷與摻雜的類型眾多,包括原子替代、間隙摻雜、螺旋位錯、表面/界面缺陷和原子插層等.這些缺陷與摻雜往往具有不同的物理特性,并且對半導體的電學性質、光學性質、力學性質、熱學性質、磁學性質等方方面面都有廣泛的影響.通過改變缺陷與摻雜可以實現對材料性能的有效調控,因此,缺陷與摻雜的研究在光伏、光催化、光電、熱電、微電子等領域占據著重要地位.半導體的缺陷與摻雜雖然是一個傳統的研究方向,但一直活躍在科研前沿.以往相關研究主要集中在其體相的靜態性質,隨著研究的深入,人們也逐漸從靜態研究過渡到對其動力學以及非平衡態的研究,從體相研究擴展到表面、界面、晶粒間界的研究.近年來,除了傳統半導體材料,各種新型材料如二維半導體、有機-無機雜化半導體等層出不窮.在這些新型半導體材料中,缺陷與摻雜往往表現出與傳統半導體中不同的行為,研究這些新材料中的缺陷與摻雜可能揭示新奇的物理現象和物理機制.這些研究又進一步促進了人們對功能材料的物性調控,因此十分有必要向讀者介紹該領域中的前沿研究進展.

受《物理學報》編輯部委托,我邀請了國內若干位活躍于缺陷與摻雜前沿研究的中青年學者撰文,對近年來半導體中缺陷與摻雜的部分熱點進行深入的介紹,遂合成了本期專題.這其中既包括對該領域已取得的部分成果以及科研進展的短篇綜述,也包括報道最新研究成果的研究論文.從研究內容上看,涵蓋了缺陷與摻雜的靜態以及動力學研究,探討了太陽能電池、界面熱傳導、光電器件、鐵磁礦磁性能、金屬容器高壓儲氫中缺陷與摻雜的物理性質以及調控作用等等.受水平及時間所限,本專題所反映的研究現狀難免掛一漏萬,錯失之處懇請各位同仁不吝指正.希望本專題能對國內缺陷與摻雜研究的學術交流做一點貢獻.