[发明专利]预测半导体载流子迁移率的方法

说明书

本发明为一种预测半导体载流子迁移率的方法，通过对目标晶体建模并计算载流子迁移率，建模对目标晶体进行结构扭曲并计算修正值，利用该修正值对载流子迁移率计算结果进行修正。本发明通过对晶体结构进行扭曲，计算修正值，并基于修正值得到目标晶体载流子迁移率，解决了计算预测载流子的迁移率，比实验上测得的载流子迁移率偏高的问题，达到了计算预测的结果更加精确、贴近实际情况的效果。

技术领域

本发明属于半导体领域，具体涉及一种预测半导体载流子迁移率的方法、一种筛选半导体材料的方法。

背景技术

半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体是指一种导电性可控，范围从绝缘体到导体之间的材料。光电材料是指用于制造各种光电设备，例如包括各种主、被动光电传感器光信息处理和存储装置及光通信等的材料；红外材料、激光材料、光纤材料、非线性光学材料等。半导体、光电材料载流子的迁移率直接影响电子设备的性能，通常人们希望获得高载流子迁移率的器件。基于第一性原理，可以计算出半导体、光电材料的载流子迁移率，进而可以预测光电材料的性质，再根据所需的性质筛选材料并设计光电器件。

载流子迁移率通常指半导体内部电子和空穴整体的运动快慢情况，是衡量半导体器件性能的重要物理量。迁移率影响到半导体的两个性能：一是和载流子浓度一起决定半导体材料的电导率(电阻率的倒数)的大小。迁移率越大，电阻率越小，通过相同电流时，功耗越小，电流承载能力越大。二是影响器件的工作频率。双极晶体管频率响应特性最主要的限制是少数载流子渡越基区的时间。迁移率越大，需要的渡越时间越短，晶体管的截止频率与基区材料的载流子迁移率成正比，因此提高载流子迁移率，可以降低功耗，提高器件的电流承载能力，同时，提高晶体管的开关转换速度。

目前可以通过实验测量半导体、光电材料载流子的迁移率，也可以通过玻尔兹曼输运理论以及形变势理论等来计算预测载流子的迁移率。然而通过这些理论计算预测载流子的迁移率，却比实验上测得的载流子迁移率偏高，因此研究者致力于寻找一种载流子迁移率预测方法，使得其结果更精确以及贴合实际情况。期望通过更加精准的性能预测，也能够寻找到更符合的材料以及设计出更加精密的电子器件。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种预测半导体载流子迁移率的方法、筛选半导体材料的方法。这些方案解决了载流子迁移率预测往往不符合实际、不够精确，以及通过预测筛选的材料不符合预期的问题。

为实现上述目的，根据本发明的实施例，本发明提供了一种预测半导体载流子迁移率的方法，通过对目标晶体建模并计算载流子迁移率，其特征在于，建模包括对目标晶体进行结构扭曲并计算修正值，利用该修正值对载流子迁移率计算结果进行修正。

可选地，该方法，包括如下步骤：

获取目标晶体结构数据文件；根据所述目标晶体结构数据文件，计算目标晶体的载流子迁移率影响参数；对目标晶体进行结构扭曲，计算修正值；根据载流子迁移率影响参数、修正值，得到目标晶体载流子迁移率。

可选地，对目标晶体进行结构扭曲，计算修正值，包括：

构建目标晶体的原胞晶体文件，并对原胞晶体文件进行结构扭曲，得到扭曲原胞晶体文件；

分别计算原胞晶体文件与扭曲原胞晶体文件的带隙，分别得到原胞带隙和超胞带隙；

根据原胞带隙和超胞带隙，计算有效质量修正值。

可选地，构建目标晶体的原胞晶体文件，并对原胞晶体文件进行结构扭曲，得到扭曲原胞晶体文件，包括：构建目标晶体的原胞晶体文件；对原胞晶体文件进行扩胞处理；对部分或全部原子施加大于零小于等于的随机位移以扭曲晶格，得到扭曲原胞晶体文件。

可选地，根据原胞带隙和超胞带隙，计算有效质量修正值，包括：