MatHub-2d:二维材料输运数据库及其高迁移率二维半导体材料高通量筛选应用

近些年来二维材料因其独特的物理化学性质引起了广泛关注.载流子迁移率是材料在电子设备应用中最重要的特性之一.在本文中,我们介绍了如何通过高通量计算筛选来发现高迁移率二维半导体材料.基于最近开发的MatHub-2d数据库(包含约1900个二维材料的结构信息及其第一性原理计算结果),以带隙、磁性、弹性模量和形变势作为搜索标准,通过初步筛选,得到133个候选者.对这些体系,我们使用形变势方法和玻尔兹曼输运理论预测了迁移率.最终,我们预测19种二维材料在室温下(300 K)具有高迁移率(>10^(3)cm^(-2)V^(-1)s^(-1))和良好的稳定性.这些材料高迁移率的来源主要是较小的形变势常数、较大的弹性模量,以及较小的有效质量.其中有两种类型的化合物值得关注,BX(X=P,As,Sb)和ZO_(2)(Z=Ge,Sn,Pb),它们具有面内各向同性高迁移率.BX中“flower-like”化学键有利于p型和n型电输运,而Z-O反键态是ZO_(2)型二维材料良好电子传导的原因.除了这些二维材料,Si_(2)P_(2)、Ga_(2)O_(2)、Ge_(2)N_(2)等同样也表现出高的电子迁移率.这些高迁移率二维材料在新型半导体电子器件中具有潜在的应用前景.