近日，我校機械工程學院微納機電系統與集成電路團隊在功率芯片寬禁帶半導體中電子輸運性質研究方面取得重要進展🦅，該工作近期以“Giant Enhancement of Hole Mobility for 4H-Silicon Carbide through Suppressing Interband Electron–Phonon Scattering （通過抑製能帶間電子-聲子散射實現4H-SiC空穴遷移率的巨大提升）”為題發表於《Nano Letters》🦹🏻，並被推選為封面文章。恒行3平台機械工程學院為第一單位，博士生孫健時為第一作者👵🏿，李壽航老師和劉向軍研究員為共同通訊作者。中山大學童貞老師🧑⚖️、山東高等技術研究院邵成研究員以及東京大學安盟博士為本研究提供了重要支持。
4H-SiC因其高巴利加優值在功率芯片、國防與航天等領域具有巨大潛力🥘。然而👨🏿✈️，4H-SiC相對較低的空穴遷移率嚴重限製了其在互補式金屬氧化物半導體和高功率轉換設備等應用中的發展。因此，迫切需要開發實用的方法來提高4H-SiC的空穴遷移率。本研究通過對4H-SiC的空穴遷移率進行模態級的第一性原理計算🦍😐，發現其較低的空穴遷移率根源在於聲學聲子引起的空穴帶間散射。通過施加單軸壓縮應變可以反轉價帶頂的電子能帶順序（圖一），將自旋分裂能帶向能帶邊緣抬升並產生較大的能帶間隙。因此，能帶間電子-聲子散射得以顯著抑製，空穴群速度也明顯增加，二者的協同效應使得4H-SiC的空穴遷移率在2%的單軸壓縮應變下增加約200%🤛🏼。本研究為4H-SiC中的電子輸運機製提供了深入理解，所提出的調控策略有望用於4H-SiC基功率芯片的實際製備🐜，研究結論可以進一步擴展到其他具有六方晶體結構的半導體。
（4H-SiC在未應變和應變條件下的能帶結構、電子波函數特征及空穴遷移率）
該研究工作得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金🧑🍳、上海市科委、上海華虹宏力半導體製造有限公司✍🏿、恒行3平台高層次拔尖創新人才專項等項目經費的支持✌🏽。