Bi$_2$O$_2$Se 载流子迁移率的第一性原理研究
材料科学
2026-01-15 v1
摘要
BiOSe 是一种新兴的高性能层状半导体，具有优异的稳定性。尽管实验研究已探索了 n 型和 p 型传导在不同掺杂水平下的载流子输运，但全面的理论理解仍不完整。在这项工作中，我们基于玻尔兹曼输运方程的迭代求解，对 BiOSe 中的电子和空穴迁移率进行了无参数第一性原理计算，该求解平等地包含了电子-声子散射和电离杂质散射。有趣的是，我们发现 BiOSe 在面内和面外方向均表现出高电子迁移率，而空穴迁移率仅在面内方向显著，显示出独特的三维（3D）电子输运和二维（2D）空穴输运行为。在 300 K 时，计算得到的沿面内方向的本征电子和空穴迁移率分别为 447 cm V s 和 29 cm V s，主要受 Fröhlich 电子-声子相互作用影响。由于其大的静态介电常数，BiOSe 在低温下表现出超过 1.0×10 cm V s 的极高电子迁移率，并且在 50 K 以上，其电子迁移率在很宽的杂质浓度范围内对电离杂质散射具有鲁棒性。通过将霍尔效应纳入分析，我们预测 300 K 时的面内电子霍尔迁移率为 517 cm V s，与实验数据非常吻合。这些结果为 BiOSe 中的载流子输运机制提供了有价值的见解，并为未来的理论和实验研究提供了预测基准。
引用
@article{arxiv.2601.09501,
title = {Ab initio study of carrier mobility in Bi$_2$O$_2$Se},
author = {Yubo Yuan and Ziye Zhu and Jiaming Hu and Wenbin Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.09501},
year = {2026}
}