基于形變勢理論計算載流子遷移率


載流子遷移率通常指半導體內部電子和空穴整體的運動快慢情況,是衡量半導體器件性能的重要物理量,例如對石墨烯、黑磷等維材料展現出的高載流子遷移率的研究。由于電子在運動過程中不僅受到外電場力的作用,還會不斷的與晶格、雜質、缺陷等發生無規則的碰撞,導致計算載流子遷移率的難度很大本文基于形變勢理論方法為基礎,介紹了二材料電子和空穴的有效質量與載流子遷移率的計算方法。這種方法沒有考慮電子和聲子(晶格振動)以及電子與電子之間的相互作用等因素,計算結果存在一定的誤差,但是相比于基于玻爾茲曼輸運理論采用Quantum-ESPRESSO 和 EPW 軟件計算載流子遷移率的方法,經濟實惠且結果在可接受的范圍之內,是計算載流子遷移率常見的方法。

維材料載流子遷移率可以根據下式計算:

基于形變勢理論計算載流子遷移率的圖1

其中,m∗是傳輸方向上的有效質量,T是溫度,kB是玻爾茲曼常數。

E1表示沿著傳輸方向上位于價帶頂 (VBM)的空穴或聚于導帶底(CBM)的電子的形變勢常數,由公式基于形變勢理論計算載流子遷移率的圖2確定,其中ΔE為在壓縮或拉伸應變下CBM或VBM的能量變化,l0是傳輸方向上的晶格常數,Δll0的變形量。

md是載流子的平均有效質量,由下面公式定義基于形變勢理論計算載流子遷移率的圖3

C2D是均勻變形晶體的彈性模量,對于2D材料,彈性模量可以通過下面公式來計算 基于形變勢理論計算載流子遷移率的圖4其中E是總能量,S0是優化后的面積

本公式的單位:

md(kg)、E1(J)、C2D(J/m2)、e(C)、g(J*s)、e(J/K)、m*(Kg)

使用的工具:VASP5.4.4版本及以上、vaspkit、origin。

歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯絡



登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

1