【国内论文】湖南科技学院研究团队利用双轴应变调节掺硅二维 β-Ga₂O₃ 中的高电子迁移率进行了研究

        近期，由湖南科技学院的研究团队在学术期刊Materials发布了一篇名为High Electron Mobility in Si-Doped Two-Dimensional β-Ga₂O₃ Tuned Using Biaxial Strain（利用双轴应变调节掺硅二维 β-Ga₂O₃ 中的高电子迁移率）的文章。

摘要 

        二维（2D）半导体因其在柔性电子和光电子器件中的应用而受到广泛关注，但传统二维材料中固有的低电子迁移率严重限制了它们的应用。通过结合第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论，我们系统地研究了Si掺杂的二维β-Ga₂O₃结构，并通过双轴应变进行调控。结构稳定性通过形成能、声子谱和从头算分子动力学模拟确定。初始阶段，Si掺杂的二维β-Ga₂O₃的带隙值略有增加，随后随着从-8%压缩应变到+8%拉伸应变的变化，带隙迅速从2.46 eV降至1.38 eV。这可以归因于导带最低点的σ*反键能量比价带最高点的π键能量上升幅度更大。此外，带结构计算揭示了在拉伸应变下直接带隙到间接带隙的转变。更重要的是，在双轴拉伸应变接近8%时，Si掺杂的二维β-Ga₂O₃中发现了高达4911.18 cm²/V⁻¹s⁻¹的高电子迁移率，主要来源于表面量子限制效应的减弱。随着双轴拉伸应变的增加以及温度从300K提升至800K，电导率也得到了提高。本研究展示了通过双轴应变调控Si掺杂二维β-Ga₂O₃的电子迁移率和带结构的潜力，并表明其在纳米级电子学中的巨大应用前景。

图 1. (a) 掺杂硅的二维 β-Ga₂O₃ 结构模型。O 原子和 Ga 原子分别用红色和绿色球体表示。掺入硅原子的 Ga_I 和 Ga_II 位置分别用蓝色和品红色表示。(b) 用 PBE 函数计算的未掺杂二维 β-Ga₂O₃ 单元胞的能带结构。在本文中，分别设定G（0，0，0）、X（0.5，0，0）、S（0.5，0.5，0）和 Y（0，0.5，0）为高对称点。

图 2. 无应变Si_GaII 的 (a)Ga、(b) O 和 (c) Si 轨道的带状结构。彩色带显示了各贡献的强度。

DOI：

doi.org/10.3390/ma17164008