基于第一性原理的 p 型硅高场电荷输运与噪声

由于电子-声子相互作用第一性原理描述的进展，半导体电荷输运性质的无参数计算如今已属常规。许多研究聚焦于低场 regime，其中载流子温度等于晶格温度，且电流功率谱密度（PSD）与迁移率成正比。高场输运与噪声性质的计算为理论提供了更严格的检验，因为这些关系不再成立，然而此类计算鲜有报道。在此，我们从第一性原理计算了硅中热空穴在 77 K 和 300 K 温度下、沿不同晶轴方向高达 20 kV cm$^{-1}$ 电场下的高场迁移率与 PSD。我们发现计算定量地再现了实验趋势，包括空穴迁移率与 PSD 的各向异性及电场依赖性。实验观测到的低温下能量弛豫时间随电场的快速变化也被正确预测。然而，如同低场研究一样，总体上缺乏绝对的定量一致，这一偏差被归因于计算的价带结构的不准确性。我们的工作凸显了高场输运与噪声性质作为半导体中电子-声子相互作用理论严格检验的作用。