基于简单散射模型对解析电子色散热电性能的剖析

近期对重掺杂半导体的第一性原理电子-声子散射计算表明，简单的态密度（DOS）散射模型（其中假定电子散射率正比于态密度）相较于常用的恒定弛豫时间和恒定平均自由程近似，能更好地逼近严格散射特征。本工作利用三种解析电子色散（三维/二维/一维抛物带、三维/二维/一维 Kane 带、以及二维环形四次带），考察由 DOS 模型预测的热电性质与上述另两种散射模型之比较。我们的发现表明，散射模型可导致显著差异，且对于某些能带结构是否有益可能给出相左结论。发现恒定弛豫时间相较于恒定平均自由程总是偏乐观，而 DOS 散射模型无此明确趋势。值得注意的是，一维抛物带和二维四次带在 DOS 模型下展现出最高功率因子，源于态密度的快速下降从而减少散射——暗示一种基于设计具尖锐/不连续态密度下降的能带结构以改进热电材料的策略。DOS 散射近似还表明，由于散射增加，搜寻具 delta 函数状 DOS（作为输运分布的替代）或收敛能带的材料可能收益有限。本工作凸显了在严格 ab-initio 散射计算不可行时，简单而准确散射模型的重要性。