综述：半导体基电磁波吸收材料的研究进展与展望

这篇综述系统梳理了半导体基电磁波吸收材料（SEMAs）的最新研究进展，重点探讨了n型/p型半导体、莫特-肖特基（Mott-Schottky）异质结等材料的电荷/能带结构设计，提出通过缺陷工程、界面工程和拓扑工程等策略优化吸收性能，为军事隐身（military stealth）、电磁防护（EM protection）和无线通信（wireless communication）领域的应用提供新思路。

　　

半导体基电磁波吸收材料：机制与优化之路

引言

电磁波（EMWs）已成为现代社会的技术基石，从移动通信到军事雷达均依赖其传播。然而伴随而来的电磁辐射污染可能干扰电子设备运行并威胁人体健康。开发高性能电磁波吸收材料（EMAs）成为解决这一问题的关键，其中半导体基材料（SEMAs）因其可调的介电特性、轻量化优势脱颖而出。

能带结构的调控艺术

半导体的带隙（E_g）直接决定其电磁响应特性。宽禁带半导体如二氧化钛（TiO₂）和碳化硅（SiC）可通过氧空位缺陷引入中间能级，将吸收频段扩展至微波范围。而窄禁带材料如石墨烯（graphene）则通过自由载流子吸收实现太赫兹波段的高效损耗。

材料体系的创新设计

N型半导体：通过磷（P）、砷（As）等掺杂增加自由电子浓度，增强导电损耗。例如砷化铟镓（InGaAs）在18-40 GHz频段反射损耗达-45 dB。

P-N异质结：界面处形成的空间电荷区引发界面极化，硅基异质结材料在X波段的有效吸收带宽达5.2 GHz。

莫特-肖特基结：金属-半导体接触产生的势垒可促进电磁波能量转化为热能，铜/氧化锌（Cu/ZnO）复合体系在Ku波段展现出-50 dB的峰值吸收。

性能优化四大策略

1. 1.

   缺陷工程：在TiO₂中引入钛空位，介电常数虚部提升300%

2. 2.

   界面工程：核壳结构的碳纳米管@MoS₂通过多重反射将吸收率提高至99.8%

3. 3.

   杂化工程：石墨烯与铁氧体复合实现磁-电协同损耗

4. 4.

   拓扑调控：三维石墨烯气凝胶的孔隙结构使阻抗匹配特性优化

挑战与未来方向

当前SEMAs仍面临制备成本高、环境稳定性不足等瓶颈。未来研究应聚焦：

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  机器学习辅助材料设计

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  柔性可穿戴吸收器开发

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  多频谱兼容隐身材料

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  工业化规模制备工艺

结语

半导体材料在电磁波吸收领域展现出前所未有的可设计性。随着对极化弛豫、磁电耦合等机制的深入认知，下一代SEMAs将在智能隐身衣、电磁安全防护等领域开辟革命性应用场景。