中国科学院半导体研究所常凯院士受邀做客理科大讲堂

中国科学院半导体研究所常凯院士受邀

做客理科大讲堂

2021 年 4 月 14 日晚，中国科学院半导体研究所常凯院士莅临东南大学顾毓琇理科试验

班“理科大讲堂”，为同学们带来了题为“半导体的物理世界”的精彩讲座。

物理学院党委书记潘勇涛老师、物理学院副院长董帅老师、数学学院副院长王小六老师、

数学学院党委副书记兼副院长钟辉老师出席了本场讲座。

主讲人介绍：

常凯，中国科学院院士，中国科学院半导体研究所研究员。

2000 年入选中科院百人计划，2004 年度获得国家自然科学二等奖，2005 年度杰出青年

基金获得者，2013 年度获得中国物理学会黄昆固体物理和半导体物理科学奖，2019 年当选

中国科学院数理学部院士。长期从事半导体基础物理研究，曾任第 17 届窄能隙半导体物理

会议主席；2016 年第 33 届国际半导体物理大会程序委员会主席。

讲座内容：

“宇宙物理和粒子物理是物理学中最为奇妙的两个分支，一个探寻宇宙的起源，一个探

寻世界的最小单元。”常院士由此引入，通过对粒子物理和宇宙物理的介绍，让同学们了解

量子论的产生与发展。常院士指出，随着量子力学的发展，人们开始将场的概念量子化，建

立了标准模型，人们慢慢发现大量的原子聚集会产生新的规律，并产生许多奇妙的性质。这

引发了材料科学的大发展，半导体科学也在这一过程中应运而生。同时常院士强调：物理科

学研究历程是从实验中得出原理，而并非如教科书上那般从严密的理论推导得出结论。因此，

常院士对同学们提出了殷切期望，希望同学们可以多多通过奇妙的物理实验发现物理原理。

“形而上者谓之道，形而下者谓之器”，常院士通过引用《易经•系辞》中的这句话来

讲述半导体和绝缘体的共同特征——两者都存在能隙，都可以阻止低能电子激发，进而阐述

半导体的优势——半导体的电子迁移率高，能性可以在很大的范围内变化，是能隙比较小的

绝缘体，能隙可以从微波到紫外，从而可以做一个类似于宽普的光电器。接着，常院士例举

了一个生活中的实例来论证半导体对人类历史的改变：以前的舞台灯光中一般都会使用白炽

灯，其灯光会使舞台上的表演者感到不适，而增加了半导体的 LED 灯则因为没有热效应，发

光效率远远高于普通白炽灯，从而有效地保护表演者。常院士生动清晰地讲解使同学们对半

导体的基本原理和优劣性有了更深入的了解，极大地激发了同学们对半导体的兴趣。

半导体物理具有悠久的历史。早在 1782 年，著名物理学家伏特在给伦敦皇家学会会刊

的一篇文章中提到了“半导体”的概念。在 1947 年，贝尔实验室发明了半导体晶体管，人

类走进硅文明时代。常院士向同学们介绍了三代主流的半导体材料，并通过大量精彩的插图

和摸拟动画，向同学们展示了半导体中缺陷导致的奇妙性质、金刚石中的 N-V 色心、中光一

电子一声子相互作用、born-oppenheimer 近似、量子霍尔效应、多带量子多体理论等神奇的

现象，详细地向同学们讲述了衍生规范场的产生方法，并分享了把一个简单的动力学分成两

个部分的思想。这些无不展现出半导体严谨奇妙的原理和广泛的应用领域。

三代主流的半导体材料及其应用

谈到中国半导体事业的历史与发展，常院士指出，中国半导体行业的发展较早，基础也

不差。以黄昆为首的中国科学家们为中国和世界的半导体事业作出了杰出贡献。但常院士强

调，中国的半导体事业离世界先进水平还有一定差距，勉励同学们勤奋学习，为中国的科研

事业做出贡献。

#提问环节#

Q： 我国半导体技术的发展在世界范围内处于怎样的地位？

常院士：我国目前半导体技术对比世界最先进的半导体技术仍有差距，主要落后在半导体工

艺方面上，但在半导体物理理论方面上，不谦虚的说，中国半导体的研究可以与国外一流大

学不相上下。

Q： 研究半导体技术是否对身体有害？

常院士：目前的防护完全安全，当半导体进入更加微距的领域时，会发生什么呢？这就需要

同学们去努力了。

Q： 量子计算机可以取代现有传统的计算机吗？

常院士：现在量子计算机的道路还长，最新代的量子计算机主要是利用量子纠缠的技术，短

时间想要取代传统计算机，较难实现。

Q： 我在学习固体物理学时，觉得固体物理很琐碎，所以想知道固体物理美在哪里？

常院士：固体物理比较琐碎是由于它是建立在实验的基础上的。但固体物理也因此很丰富，

它所延伸出来的每一种物理现象都彰显着它们独特的美，如同一棵树上的叶子，它们都是同

一个根源出来的，但它们都与众不同，固体物理也是如此，是一种延伸的美。

常院士引人入胜的演讲给同学们留下了深刻的印象，使同学们了解了半导体的发展历

史、核心思想和最新进展，让同学们领略了奇妙而充满魅力的半导体物理世界。真正伟大的

物理定理，其中蕴含的思想性，其中展现出的精细美妙，都值得我们穷极一生去领悟、欣赏

并获得启迪。经过这样一场精彩纷呈的讲座之后，相信同学们已经对半导体物理产生浓厚的

兴趣，也会更加了解半导体物物理的精妙以及半导体对于人类社会发展的重要影响。希望同

学们在未来道路上能够继承前辈精神，突破创新壁垒，为中国半导体技术屹立于世界顶尖而

拼搏奋斗。