从硅异常低空穴迁移率中学习的面向高空穴迁移率材料设计原则
材料科学
2020-11-05 v1 应用物理
摘要
Si是半导体工业主导材料，但具有异常低的室温空穴迁移率（505 cm^2/Vs），比周期表IV族中相邻同族的金刚石和Ge（2000 cm^2/Vs）低四倍。过去半个世纪，人们为克服Si技术因低迁移率带来的挑战付出了大量努力。然而，对其潜在机制的基础性理解仍然缺乏。在此，我们通过弥补经典模型的缺陷，在无可调参数的情况下理论重现了常规IV族和III-V族半导体的实验数据。我们揭示Si中异常低的空穴迁移率源于其弱自旋轨道耦合导致的强带间散射与光学声子在空穴-声子散射中的密集参与的共同作用。相比之下，Ge中的强自旋轨道耦合导致可忽略的带间散射；金刚石中的强键合与轻原子质量导致高光学声子频率，阻止了其参与散射。基于这些根植于基础原子性质的理解，我们提出了面向高空穴迁移率的半导体材料设计原则。
引用
@article{arxiv.2011.02262,
title = {Materials design principles towards high hole mobility learning from an abnormally low hole mobility of silicon},
author = {Q. L. Yang and H. X. Deng and S. H. Wei and S. S. Li and J. W. Luo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.02262},
year = {2020}
}
备注
17 pages, 3 figures