SnSe单晶中缺陷控制的空穴掺杂与多谷输运

SnSe 是一种极具前景的热电材料，具有创纪录的品质因数，即 ZT。作为一种半导体，最优的电学掺杂量是最大化 SnSe 中 ZT 的关键挑战。然而，迄今为止，对 SnSe 电子结构的全面理解，尤其是最关键的本征空穴掺杂机制，仍然缺失。在此，我们报道了通过角分辨光电子能谱和量子输运研究的 SnSe 的高度各向异性电子结构，其中揭示了具有准线性能量色散的独特“布丁模具”状价带。我们证明 SnSe 中的电掺杂受局域相分离诱导形成的 SnSe$_{2}$ 微区所外在控制。利用不同的生长方法和条件，我们实现了 SnSe 中空穴掺杂的广泛调控，从本征半导体行为到室温下载流子密度为 $1.23\times 10^{18}$ cm$^{-3}$ 的典型金属。由此产生的 $p$-SnSe 中的多谷输运表现为沿扶手椅轴的非饱和弱局域化，这是由于褶皱晶格的面内铁电偶极场增强了强谷间散射所致。引人注目的是，磁电阻的量子振荡揭示了 $p$-SnSe 中具有异常层间耦合强度的三维电子结构，这与独特的点位错缺陷对 SnSe 各层的交织有关。我们的结果表明，缺陷工程可能为改善 SnSe 族的热电性能提供多种途径。