学术预告 | 郭硕鸿讲座（第七十七期）：半导体器件中缺陷和杂质的第一性原理计算模拟研究

有限温度的平衡态下，半导体晶格中不可避免的会存在缺陷和杂质，对半导体的物性产生影响，因此，缺陷和杂质物理的研究是半导体物理研究的重要组成部分，也是微电子和光电子等器件设计和优化的基础。本报告将介绍半导体中缺陷和杂质的第一性原理计算模拟方法、机器学习加速方法和软件，包括半导体的热力学稳定性和元素化学势、缺陷和杂质的形成能、离化能级和浓度、载流子浓度及费米能级，缺陷和杂质诱导的光致发光谱、载流子辐射和非辐射复合速率及少子寿命、离子注入掺杂工艺模拟和辐照损伤机制等方面，并讨论缺陷俘获载流子过程中声子的重整化效应，带边直接跃迁、多能级缺陷诱导间接跃迁和Auger跃迁共同贡献的载流子复合速率模型。基于这些缺陷和杂质性质的计算模拟，我们可以开展半导体器件从原子级到连续介质级的跨尺度TCAD仿真，研究缺陷和杂质对光电子器件的效率、微电子器件的电学特性、偏压温度不稳定性和随机电报噪声等可靠性问题的影响机制，进而开展高性能器件设计。