用于大热电功率因子的栅控硅纳米线

我们研究了静电栅控对直径高达 20nm 的 p 型硅纳米线 (NWs) 在 [100]、[110] 和 [111] 晶体输运取向下的热电功率因子的影响。我们采用原子紧束缚模拟计算纳米线的电子结构，并结合线性化玻尔兹曼输运方程计算热电系数。结果表明，与掺杂沟道相比，栅控纳米线结构可提供约 5 倍大的热电功率因子，这归因于其高空穴声子限制迁移率，以及栅控诱导的能带结构修饰进一步提高了迁移率。尽管栅控将电荷载流子移至纳米线表面附近，但表面粗糙度散射并不足以降低积累空穴层的输运性能。最高的功率因子出现在 [111] 纳米线中，其次是 [110]，最后是 [100] 纳米线。随着纳米线直径的增加，栅控沟道的优势减弱。然而，我们表明，即使在 20nm 直径（我们能够模拟的最大尺寸）下，栅控沟道的功率因子仍高出约 3 倍。我们的模拟表明，栅控的优势在直径高达约 40nm 的纳米线中可能依然存在。