掺杂材料中第一性原理电离杂质散射与电荷输运
材料科学
2021-10-12 v1
摘要
载流子与电离杂质的散射主导了掺杂半导体中的电荷输运。然而，电子与电离杂质之间的相互作用无法完全通过定量第一性原理计算来描述，因此对其理解主要依赖于简化模型。本文展示了一种从头算方法，用于计算电子与电离杂质或其他带电缺陷之间的相互作用。它同等对待短程和长程电子-缺陷（e-d）相互作用，并允许对 e-d 矩阵元进行高效插值。我们将 e-d 与电子-声子相互作用结合到玻尔兹曼输运方程中，以计算掺杂硅在宽温度和掺杂浓度范围内的载流子迁移率，无缝覆盖了缺陷限制和声子限制的输运 regime。分析了缺陷和声子散射机制对载流子弛豫时间和平均自由程各自的贡献。我们的方法为研究掺杂材料中的电子相互作用提供了有力工具。它拓宽了第一性原理输运计算的范围，使得对广泛掺杂半导体和氧化物的研究能够应用于电子学、能源和量子技术。
引用
@article{arxiv.2110.04920,
title = {First-principles ionized-impurity scattering and charge transport in doped materials},
author = {I-Te Lu and Jin-Jian Zhou and Jinsoo Park and Marco Bernardi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.04920},
year = {2021}
}