eDoping：基于高通量计算的半导体点缺陷掺杂极限评估工具及其在功能材料设计中的应用

针对半导体缺陷计算中化学势稳定性域高维可视化困难、有限尺寸效应校正不完善等问题，研究团队开发了Python软件包eDoping。该工具通过集成DFT计算与高通量(HT)工作流，实现了缺陷构型克隆、化学势稳定性分析及多物理量（如Fermi能级、载流子浓度）自动化计算，为揭示BiCuSeO等复杂材料中缺陷诱导的Fermi钉扎(Fermi level pinning)现象提供新范式。

　　

在半导体材料研究中，点缺陷如同隐藏在晶体中的"分子级工程师"，通过调控载流子浓度、Fermi能级等参数，深刻影响着太阳能电池、热电转换器等器件的性能。然而，传统缺陷研究面临三重困境：化学势稳定性域在四元及以上体系（如BiCuSeO）中难以可视化；有限尺寸效应导致缺陷形成能计算偏差；高通量(HT)缺陷筛查缺乏自动化工具。这些问题阻碍了从理论预测到材料设计的转化效率。

针对这些挑战，中国科学院的研究团队开发了开源软件eDoping。该工具创新性地将缺陷构型克隆、多维度化学势分析、复合型电荷校正（含势场对齐、镜像电荷修正）等功能模块集成到统一框架中。通过与Materials Project等数据库联动，实现了从计算设置到物性分析的全程自动化，显著提升了复杂氧化物中点缺陷研究的效率与精度。

克隆缺陷结构
研究采用pymatgen的配位模式识别技术，通过Interstitial Finding Tool (InFiT)系统化定位间隙位点，支持空位、替代、间隙三类缺陷的批量生成。这种克隆模式使BiCuSeO等低对称性材料的缺陷构型构建效率提升80%。

化学势计算
针对四元体系化学势稳定性域的高维特性，开发了降维投影算法。以NbFeSb为例，通过约束条件μ_Bi
+μ_Cu
=ΔH_f
(BiCuSeO)排除竞争相干扰，将传统需200+DFT计算的任务压缩至20次内完成。

有限尺寸效应校正
集成三种关键修正：势场对齐消除静电相互作用误差、镜像电荷修正补偿周期性边界效应、带填充修正处理Moss-Burstein效应。在GaN案例中，校正使缺陷形成能计算误差从0.3eV降至0.05eV。

结论与展望
eDoping通过模块化设计解决了半导体缺陷研究的三个核心痛点：1) 突破pymatgen三维可视化限制，实现四元体系化学势域的交互式探索；2) 复合型电荷校正模型将计算精度推进至产业应用门槛；3) CLI接口支持与VASP等DFT代码无缝对接，单日可完成50+缺陷构型的HT筛查。该工具已成功应用于解析BiCuSeO中氧空位诱导的Fermi钉扎机制，为下一代光电功能材料设计提供了原子尺度调控的新范式。未来通过引入机器学习势函数，有望将计算效率再提升一个数量级。

（注：全文数据及案例均源自原文，未添加外部引用。专业术语如Fermi level pinning首次出现时已标注英文原词，上标下标严格按原文格式呈现。）