BaSnO$_3$中电子输运的第一性原理分析

Karthik Krishnaswamy; Burak Himmetoglu; Youngho Kang; Anderson Janotti; Chris G. Van de Walle

doi:10.1103/PhysRevB.95.205202

BaSnO$_3$中电子输运的第一性原理分析

材料科学 2017-05-24 v1

作者: Karthik Krishnaswamy , Burak Himmetoglu , Youngho Kang , Anderson Janotti , Chris G. Van de Walle

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摘要

BaSnO $_3$ (BSO) 是一种很有前景的透明导电氧化物(TCO)，据报道其室温(RT)霍尔迁移率超过320 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$ 。在钙钛矿氧化物中，它具有最高的室温迁移率，约为典型材料SrTiO $_3$ 的30倍。利用基于杂化密度泛函理论的第一性原理计算，我们通过研究LO声子与电离杂质散射的细节，阐明了支配迁移率的物理机制。我们给出了在玻尔兹曼输运理论的弛豫时间近似内获得收敛结果的细致数值分析。完全考虑了弛豫时间的 ${\bf k}$ 依赖性。我们发现，BSO中的高室温迁移率不仅源于小的有效质量，还源于与其他钙钛矿氧化物相比声子散射率的显著降低；明确了这种降低的起源。对于大于 $5\times10^{18}$ cm $^{-3}$ 的掺杂密度，电离杂质散射即使在室温下也影响总迁移率，并且在 $1\times10^{20}$ cm $^{-3}$ 掺杂时变得与LO声子散射相当，将漂移迁移率从其本征的LO声子限制值 $\sim$ 594 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$ 降低到小于310 cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$ 。我们提出了通过调制掺杂或极化不连续掺杂来避免杂质散射的途径。我们还显式计算了霍尔因子和霍尔迁移率，从而能够与块体和薄膜的实验报告直接比较，并深入理解了限制最先进样品中迁移率的主导机制的本质。

关键词

电子输运透明导电氧化物 BaSnO3 第一性原理计算声子散射电离杂质散射霍尔迁移率

引用

@article{arxiv.1610.06253,
  title  = {First-principles analysis of electron transport in BaSnO$_3$},
  author = {Karthik Krishnaswamy and Burak Himmetoglu and Youngho Kang and Anderson Janotti and Chris G. Van de Walle},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1610.06253},
  year   = {2017}
}

备注

13 pages, 9 figures

BaSnO$_3$中电子输运的第一性原理分析

摘要

关键词

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