基于第一性原理的 2H、4H 和 6H 碳化硅声子热输运研究

碳化硅 (SiC) 是一种具有多种工业应用的宽禁带半导体。其众多有用特性之一是高热导率，这使其在热管理应用中具有优势。本文展示了三种常见六方多型 SiC（2H、4H 和 6H）的面内和跨面热导率 $\kappa_{\text{in}}$ 和 $\kappa_{\text{out}}$ 的 \textit{ab initio} 计算结果。利用从密度泛函理论确定的原子间力常数作为输入，迭代求解声子玻尔兹曼输运方程。由于额外的低声学光学声子支，$\kappa_{\text{in}}$ 和 $\kappa_{\text{out}}$ 均随 $n$H SiC 中 $n$ 的增加而减小。这些光学支的特征是低声子群速度，并且增加了声学模声子 - 声子散射的相空间。此外，对于所有 $n$，在所考虑的温度范围内发现 $\kappa_{\text{in}}$ 大于 $\kappa_{\text{out}}$。在实验样品中存在的电子浓度下，除远低于室温的情况外，电子对声子的散射被证明是可以忽略的，而在远低于室温时它可能导致晶格热导率的显著降低。这项工作突出了 \textit{ab initio} 方法在提供材料热输运定量预测描述方面的强大能力。它有助于解释不同组测量热导率数据之间存在的定性分歧，并提供了关于获取测量数据的样品相对质量的信息。