BC2N、BC6N和InSe声子限迁移率研究
声子限迁移率是设计场效应晶体管器件的重要参考因素之一，因此，准确合理的预测迁移率对材料的应用至关重要。基于第一性原理，我们系统的研究了BC2N、BC6N和InSe的声子限迁移率，并探究了影响迁移率的主要散射机制。 在单层BC2N研究中，基于第一性原理，我们系统的研究了其载流子迁移率。首先基于纵向声学声子散射和光学声子散射形变势理论（DPT）计算了载流子迁移率。迁移率表现出明显的各向异性。纵向声学声子散射决定的载流子迁移率要高于光学声子散射决定的迁移率，因此单层BC2N中基于DPT计算的迁移率主要取决于光学声子散射。在300K 时，电子迁移率沿x 方向为3.82×102 cm2V-1s-1，沿y 方向方向为3.41×101 cm2V-1s-1。空穴迁移率沿 x 方向为 3.48×102 cm2V-1s-1，沿 y 方向方向为2.63×101cm2V-1s-1。然后，使用电声耦合矩阵元计算了声子限迁移率，如果计算中考虑了极化效应，则在x方向电子迁移率减小为58 ~ 110 cm2V-1s-1，空穴迁移率减少为41 ~ 70 cm2V-1s-1。由于一些经验模型没有考虑Fr?hlich作用，迁移率被严重高估了。 在单层BC6N研究中，我们用第一性原理研究了其载流子迁移率。首先，使用标准Wannier插值和极化Wannier插值的电声耦合矩阵元来研究迁移率，考虑到极化作用后，载流子的迁移率大大降低，所以极性光学声子散射在迁移率计算中起着重要的作用。在 300 K 时，预测最稳定的 BC6N-B 的电子迁移率μx= 4.51×102 ~ 8.37×102 cm2V-1s-1和μy= 8.35×102 ~ 1.22×103 cm2V-1s-1。空穴迁移率μx= 4.79×102 ~ 8.65×102 cm2V-1s-1和μy= 9.19×102 ~ 1.28×103 cm2V-1s-1。然后，采用纵向声学声子形变势理论计算了载流子迁移率，导致了对极性半导体载流子迁移率的高估。此外，基于极化光学声子散射的半经验模型也被用于研究迁移率，证实了BC6N的本征迁移率主要是由Fr?hlich相互作用决定，该研究提供了对载流子输运特性的深入了解。结果表明，B和N共掺杂石墨烯具有优异的力学性能、适中的直接带隙和高的载流子迁移率，有望成为一种有前途的纳米电子器件材料。 在单层InSe研究中，基于第一性原理，我们计算了其本征电子迁移率并探究了应变对迁移率的影响。在300 K时，由电声耦合矩阵元计算得到的本征电子迁移率分别为μx = 9.85×102cm2V-1s-1和μy = 1.06×103 cm2V-1s-1。此外，使用纵向声学声子和光学声子散射的形变势理论(DPT)计算了其电子迁移率，发现InSe的本征电子迁移率由纵向声学声子散射决定。如果不考虑InSe的极化特性，由电声耦合矩阵元计算的电子迁移率与纵向声学声子DPT计算的电子迁移率接近。如果考虑极化作用，在300K时，包含 Fr?hlich 相互作用的电子迁移率降低为μx = 2.96×102 cm2V-1s-1 和μy =3.34×103 cm2V-1s-1。因此，InSe的电子迁移率是由极化声子的散射决定的。发现在4%的应变时，迁移率可以提高到μx= 3.46×102 cm2V-1s-1和μy= 3.78×103 cm2V-1s-1。
场效应晶体管;二维材料;声子限迁移率;散射机制;第一性原理
渤海大学
硕士
理论物理
史力斌
2021
中文
TN386;TN304.07
2023-09-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）