本發明涉及半導體材料性能調控，具體是一種基于三軸應力調控β型氧化鎵載流子遷移率的方法。
背景技術：
1、氧化鎵作為第四代超寬帶隙半導體的核心材料，具有4.85ev超寬帶隙、8mv/cm高擊穿場強、優異的熱穩定性及深紫外發光特性，在高壓功率器件、太陽能盲光電探測器等領域具有不可替代的應用價值。β相氧化鎵（β-ga2o3）因具有很高的熱力學穩定性，成為ga2o3基器件的首選材料。
2、然而，β-ga2o3的固有載流子遷移率較低，無應力狀態下電子遷移率僅為117.0?cm2v-1s-1，空穴遷移率更低至1.29?cm2v-1s-1，嚴重制約了其在高頻、大功率器件中的應用。載流子遷移率是決定半導體器件開關速度、導通電阻及功耗的核心參數，提升β-ga2o3載流子遷移率成為突破其應用瓶頸的關鍵。
3、傳統調控載流子遷移率的方法主要包括摻雜改性、異質結構筑等，但摻雜易引入晶格缺陷，異質結制備工藝復雜且存在界面態問題。應力工程作為一種無損傷、可精準調控的物理改性方法，通過改變材料晶格結構實現電子特性的定向優化，已在氮化鎵（gan）、二硫化鉬（mos2）等半導體材料中得到成功應用。但β-ga2o3的電子結構具有獨特性，其載流子遷移率對壓力的響應規律與傳統半導體（如si、gan）存在顯著差異，目前關于β-ga2o3載流子遷移率的應力調控方法及機理尚未形成成熟技術方案。
技術實現思路
1、本發明的目的在于克服現有β-ga2o3載流子遷移率調控技術的不足，提供一種通過三軸應力調控β型氧化鎵載流子遷移率的方法，通過精準施加應力實現電子遷移率的顯著提升或空穴遷移率的定向調控。
2、為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明提供如下技術方案：
3、（1）以β型氧化鎵（β-ga2o3）為調控對象，所述β-ga2o3為單斜晶體結構，空間群為c2/m，原胞含10個原子（4個ga原子、6個o原子），其中ga原子存在四面體配位（td）和八面體配位（oh）兩種形式，o原子存在三種不同晶體學配位模式；
4、（2）基于第一性原理密度泛函理論與玻爾茲曼輸運方程，通過調控β-ga2o3的晶格常數施加三軸應力，應力大小定義為：
5、
6、其中、、為無應力狀態下晶格常數，、、為應力作用后晶格常數，應力調控范圍為-4%～4%，負應力代表壓縮，正應力代表拉伸；
7、（3）通過上述應力實現β-ga2o3流子遷移率的定向改變，即當應力從-4%變化至4%時，β-ga2o3電子遷移率從85.8?cm2v-1s-1逐漸提升至170.9?cm2v-1s-1，空穴遷移率從3.08cm2v-1s-1逐漸降低至0.69?cm2v-1s-1。
8、步驟（2）中應力調控范圍限定為-4%～4%，當應力絕對值超過4%時，β-ga2o3的聲子譜出現虛頻，體系喪失動力學穩定性，無法計算電-聲子耦合矩陣元及載流子遷移率。
9、步驟（2）中采用?quantum-espresso軟件進行結構弛豫，采用局域密度近似下的perdew-zunger模守恒贗勢，平面波基矢截斷能設為?70ry，總能收斂閾值為10-9?ry/bohr，原子間力收斂閾值為10-7?ry/bohr，電子自洽收斂閾值為10-11?ry/bohr，采用9×9×9monkhorst-pack方式進行k網格取樣。
10、步驟（2）中通過epw軟件計算β-ga2o3的電-聲子耦合矩陣元，計算過程中采用wannier函數插值方法，將初始6×6×6?的k網格和3×3×3的q網格插值生成30×30×30的k點和24×24×24的q點密集網格，以獲取載流子遷移率、群速度及散射率數據。
11、步驟（2）中在應力調控前，需先計算β-ga2o3布里淵區高對稱點坐標，采用mclc1單斜形式，代入弛豫后的晶格常數（a=11.638?、b=2.891?、c=5.541?，β=103.886°）確定倒空間高對稱點位置，包括n?(0,0.5,0)、x?(0.266,0.266,0)、γ(0,0,0)等。
12、此外，步驟（3）中電子遷移率增大的原因主要是由于三軸應力使β-ga2o3導帶底附近能帶斜率增大，電子群速度提升，同時電子有效質量從-4%壓縮應力下的0.11995me(me為自由電子質量)降低至4%拉伸應力下的0.10512me，電-聲子散射率隨應力增大而減小，且導帶底附近能帶主要由ga2和ga4原子的4s軌道貢獻。
13、步驟（3）中空穴遷移率降低的過程中，β-ga2o3價帶頂附近能帶主要由o5和o6原子的2p軌道貢獻，應力作用使價帶頂附近能帶斜率減小，空穴群速度降低，空穴有效質量增大。
14、與現有技術相比，本發明的有益效果是：
15、1.?能帶結構優化：三軸應力作用使β-ga2o3導帶底附近的能帶斜率顯著增大，從壓縮應力下的最小值逐漸增加至拉伸應力下的最大值，電子遷移率提高了將近100%。
16、2.?電子群速度提升：能帶斜率的增大直接導致電子群速度提高，在4%拉伸應力下的電子群速度顯著高于-4%壓縮應力下的數值，載流子輸運效率大幅提升。
17、3.?有效質量降低：電子有效質量與能帶曲率成反比，應力從-4%增至4%時，電子有效質量從0.11995me降至0.10512me，減少了電子輸運過程中的質量阻礙。
18、4.?散射率抑制：三軸應力作用使β-ga2o3的電-聲子散射率顯著降低，尤其是極性光學聲子散射的抑制，延長了電子弛豫時間，提升了電子遷移率。
1.一種三軸應力調控β型氧化鎵載流子遷移率的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中應力調控范圍限定為-4%～4%，當應力絕對值超過4%時，β-ga2o3的聲子譜出現虛頻，體系喪失動力學穩定性，無法計算電-聲子耦合矩陣元和載流子遷移率。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中在應力調控前，需先弛豫晶格常數，計算β-ga2o3布里淵區高對稱點坐標，確定倒空間高對稱點位置，其中a=11.638?、b=2.891?、c=5.541?和角β=?103.886°。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中采用?qe軟件進行結構弛豫，采用局域密度近似perdew-zunger模守恒贗勢，通過epw軟件計算電-聲子耦合矩陣元，采用wannier函數插值方法進行k和q網格密集取樣，最終獲取載流子遷移率數據。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3）中電子遷移率增大的原因為：應力作用使β-ga2o3導帶底附近能帶斜率增大，電子群速度提升，同時電子有效質量從-4%壓縮應力下的0.11995me降低至4%拉伸應力下的0.10512me，電-聲子散射率隨應力增大而減小，且導帶底附近能帶主要由ga2和ga4原子的4s軌道貢獻。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3）中空穴遷移率降低主要因為β-ga2o3價帶頂附近能帶由o5和o6原子的2p軌道貢獻，應力作用使價帶頂附近能帶斜率減小，空穴群速度降低及有效質量增大。