Unlocking high hole mobility in diamond over a wide temperature range via efficient shear strain

材料科学 钻石 大气温度范围 拉伤 剪切(地质) 航程(航空) 光电子学 复合材料 热力学 物理 医学 内科学
作者
J. R. Sun,Shouhang Li,Cheng Shao,Zhen Tong,Meng An,Yuhang Yao,Yue Hu,Xiongfei Zhu,Yifan Liu,Renzong Wang,Xiangjun Liu,Thomas Frauenheim
出处
期刊:Applied physics reviews [American Institute of Physics]
卷期号:12 (1) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0245795
摘要

As a wide bandgap semiconductor, diamond holds both excellent electrical and thermal properties, making it highly promising in the electrical industry. However, its hole mobility is relatively low and dramatically decreases with increasing temperature, which severely limits further applications. Herein, we proposed that the hole mobility can be efficiently enhanced via slight compressive shear strain along the [100] direction, while the improvement via shear strain along the [111] direction is marginal. This impressive distinction is attributed to the deformation potential and the elastic compliance matrix. The shear strain breaks the symmetry of the crystalline structure and lifts the band degeneracy near the valence band edge, resulting in a significant suppression of interband electron–phonon scattering. Moreover, the hole mobility becomes less temperature-dependent due to the decrease of electron scatterings from high-frequency acoustic phonons. Remarkably, the in-plane hole mobility of diamond is increased by ∼800% at 800 K with a 2% compressive shear strain along the [100] direction. The efficient shear strain strategy can be further extended to other semiconductors with face-centered cubic geometry.
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