近日，我校机械工程学院微纳机电系统与集成电路团队在功率芯片宽禁带半导体中电子输运性质研究方面取得重要进展，该工作近期以“Giant Enhancement of Hole Mobility for 4H-Silicon Carbide through Suppressing Interband Electron–Phonon Scattering （通过抑制能带间电子-声子散射实现4H-SiC空穴迁移率的巨大提升）”为题发表于《Nano Letters》，并被推选为封面文章。东华大学机械工程学院为第一单位，博士生孙健时为第一作者，李寿航老师和刘向军研究员为共同通讯作者。中山大学童贞老师、山东高等技术研究院邵成研究员以及东京大学安盟博士为本研究提供了重要支持。
4H-SiC因其高巴利加优值在功率芯片、国防与航天等领域具有巨大潜力。然而，4H-SiC相对较低的空穴迁移率严重限制了其在互补式金属氧化物半导体和高功率转换设备等应用中的发展。因此，迫切需要开发实用的方法来提高4H-SiC的空穴迁移率。本研究通过对4H-SiC的空穴迁移率进行模态级的第一性原理计算，发现其较低的空穴迁移率根源在于声学声子引起的空穴带间散射。通过施加单轴压缩应变可以反转价带顶的电子能带顺序（图一），将自旋分裂能带向能带边缘抬升并产生较大的能带间隙。因此，能带间电子-声子散射得以显著抑制，空穴群速度也明显增加，二者的协同效应使得4H-SiC的空穴迁移率在2%的单轴压缩应变下增加约200%。本研究为4H-SiC中的电子输运机制提供了深入理解，所提出的调控策略有望用于4H-SiC基功率芯片的实际制备，研究结论可以进一步扩展到其他具有六方晶体结构的半导体。
（4H-SiC在未应变和应变条件下的能带结构、电子波函数特征及空穴迁移率）
该研究工作得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、上海市科委、上海华虹宏力半导体制造有限公司、东华大学高层次拔尖创新人才专项等项目经费的支持。