Bi$_2$O$_2$Se is an emerging high-performance layered semiconductor with excellent stability. While experimental studies have explored carrier transport across various doping levels for both $n$-type and $p$-type conduction, a comprehensive theoretical understanding remains incomplete. In this work, we present parameter-free first-principles calculations of the electron and hole mobilities in Bi$_2$O$_2$Se, based on iterative solution of the Boltzmann transport equation that includes electron-phonon scattering and ionized impurity scattering on an equal footing. Intriguingly, we find that Bi$_2$O$_2$Se exhibits high electron mobilities in both the in-plane and out-of-plane directions, whereas the hole mobilities are only significant in the in-plane direction, displaying a unique three-dimensional (3D) electron transport and two-dimensional (2D) hole transport behavior. At 300~K, the calculated intrinsic electron and hole mobilities along the in-plane direction are 447~$\mathrm{cm^2\,V^{-1}\,s^{-1}}$ and 29~$\mathrm{cm^2\,V^{-1}\,s^{-1}}$, respectively, which are primarily affected by Fröhlich electron-phonon interactions. Due to its large static dielectric permittivity, Bi$_2$O$_2$Se exhibits an exceptionally high low-temperature electron mobilities above $1.0\times10^5~\mathrm{cm^2\,V^{-1}\,s^{-1}}$, and its electron mobilities above 50~K is robust against ionized impurity scattering over a wide range of impurity concentrations. By incorporating the Hall effect into our analysis, we predict an in-plane electron Hall mobility of 517~$\mathrm{cm^2\,V^{-1}\,s^{-1}}$ at 300~K, in excellent agreement with experimental data. These results provide valuable insights into the carrier transport mechanisms in Bi$_2$O$_2$Se, and offer predictive benchmarks for future theoretical and experimental investigations.
Correlating Raman Spectral Signatures with Carrier Mobility in Epitaxial Graphene: A Guide to Achieving High Mobility on the Wafer Scale
我们报告了碳化硅（SiC）上生长的外延石墨烯（EG）的载流子迁移率和拉曼形貌之间的直接相关性。我们发现，在SiC [SiC（0001）]的Si面上的材料的霍尔迁移率不仅高度依赖于厚度均匀性，而且单层应变均匀性。只有当厚度和应变在器件有效面积的很大一部分（> 40%）上均匀时，迁移率才超过1000 cm 2/V-s。此外，我们在SiC [SiC（000-1）]的C面上实现了高迁移率外延石墨烯（室温下为18，100 cm 2/V-s），并表明载流子迁移率强烈依赖于石墨烯层堆叠。这些发现提供了一种快速估计载流子迁移率的方法，并为在外延石墨烯中实现非常高的迁移率提供了指导。我们的研究结果表明，超高迁移率（> 50，000 cm 2/V-s）是通过均匀的旋转故障外延石墨烯的受控形成来实现的。
Influence of Charge Carrier Mobility on the Performance of Organic Solar Cells
基于供体-受体共混物的有机太阳能电池的功率转换效率由极化子对解离和双分子极化子复合的相互作用决定。这两个过程都强烈依赖于载流子的迁移率，解离随着更快的电荷传输而增加，同时提高了复合损失。使用宏观有效介质模拟，我们计算了最佳的载流子迁移率的最高功率转换效率，第一次占注入势垒和减少Langevin型复合。载流子迁移率从现有技术聚合物：富勒烯太阳能电池的$10^{-8}$ m $^2$ /Vs提高到产生最大效率的约$10^{-6}$ m $^2$ /Vs，对应于给定参数组仅约20%的提高。
Thickness and growth-condition dependence of \emph{in-situ} mobility and carrier density of epitaxial thin-film Bi$_2$Se$_3$
通过分子束外延生长了硒化铋铋（Bi $_2$ Se $_3$），同时直接测量了载流子密度和迁移率作为膜厚度的函数的\emph{in situ}。载流子密度显示在膜传导开始时的高界面n掺杂（1.5 × 10 $^{13}$ cm $^{-2}$），以及$\sim$的体掺杂剂密度5 × 10 $^{18}$ cm $^{-3}$，大致独立于生长温度分布。迁移率更强烈地依赖于生长温度，并与量化的样品的结晶质量的\emph{ex-situ} AFM测量。这些结果表明，通过广泛采用的参数制备的Bi $_2$ Se $_3$在暴露于大气之前是\emph{n}掺杂的，掺杂主要是界面起源的，并且掺杂剂不是本Bi $_2$ Se $_3$膜中的限制性无序。
Competition between the electronic and phonon-mediated scattering channels in the out-of-equilibrium carrier dynamics of semiconductors: an ab-initio approach
Contactless determination and parametrization of charge carrier mobility in silicon as a function of injection level and temperature using time-resolved THz spectroscopy
On the limits to mobility in InAs quantum wells with nearly lattice-matched barriers
本文报道了一系列二维电子系统的生长和低温迁移率的密度依赖性，这些系统局限于非有意掺杂的低扩展缺陷密度的InAs量子阱中，具有Al $_{1-x}$ Ga $_{x}$ Sb势垒。利用双栅器件研究了电子迁移率与载流子密度和电场的关系，确定了电子迁移率限制散射机制。可能的散射机制的分析表明，流动性主要是有限的粗糙的界面在窄量子阱和合金无序和界面粗糙度的组合在宽井在高载流子密度内的第一个被占用的电子子带。在低载流子密度的功能依赖的载流子密度的迁移率提供证据的库仑散射带电缺陷。在2 K的样品温度下，获得了超过750，000 cm $^{2}$ /Vs的栅极调谐电子迁移率。
Limitations of ab initio methods to predict the electronic-transport properties of two-dimensional materials: The computational example of 2H-phase transition metal dichalcogenides
在过去的几年中，$ab~initio$方法已经成为一个越来越流行的工具，以评估在二维材料的本征载流子输运性能。实验信息的缺乏，以及在DFT工具的发展中取得的进展，以评估电子能带结构，声子色散和电子-声子散射矩阵元素，使它们成为一个有利的选择。然而，在文献中观察到的$ab~initio$计算的2D材料中的载流子迁移率之间存在很大的差异。一些差异是在计算电子-声子耦合常数和载流子迁移率时所作的物理近似的结果。这些近似值可以通过使用复杂的传输模型来避免。然而，尽管使用了适当的传输模型，在某些材料中，所报道的载流子迁移率的不确定性仍然相当大。在这些精细模型计算之间观察到的主要差异是所使用的DFT的“风味”（交换相关泛函、赝势和自旋轨道耦合效应）。在这里，考虑到几个单层2 H-TMD为例，我们计算的低场和高场的传输特性，使用不同的“口味”的DFT，并计算范围内的电子迁移率值。我们观察到，在某些材料中，这些值相差几个数量级（例如，在单层WS $_{2}$中，电子低场迁移率在37 cm $^{2}$ /（V $\cdot$ s）和767 cm $^{2}$ /（V $\cdot$ s）之间变化）。我们批判性地分析这些差异，并试图了解目前的$ab~initio$方法在计算载流子输运性质的局限性。
Unusual anisotropic response of the charge carrier mobility to uniaxial mechanical strain in Rubrene crystals
本文系统地研究了Rubrene单晶在单轴机械应变下的电荷输运，在平行或垂直于电流方向的拉伸和压缩应变下，在晶体的两个面内输运方向上。陷阱态密度保持不变。场效应迁移率作为分子间输运的基准数据，发现随着压缩应变而增加，反之亦然，其幅度为-1.5 cm 2/Vs/ %应变，与输运方向无关。一个非常显著的结果是当晶体垂直于输运方向应变时迁移率的变化。虽然这种增强可以从改进的波函数重叠定量地解释，但垂直方向上的流动性提高得更多，这与基于后期扩展和通常的泊松比的简单几何考虑相反。这一结果强调了有机分子晶体中应力引起的动力学波函数重叠变化的中心作用。
Remote free-carrier screening to boost the mobility of Fröhlich-limited 2D semiconductors
范德华异质结构提供了一种通用工具，不仅可以保护或控制，还可以增强2D材料的性能。我们使用从头计算和半解析模型来寻找策略，提高异质结构内的载流二维半导体的流动性。从金属“屏蔽”层的自由载流子屏蔽远程抑制载流层中的电子-声子相互作用。这个概念在二维半导体中是最有效的，其散射主要是由可屏蔽的电子-声子相互作用，特别是与偏振光声子的Fröhlich耦合。这种材料是常见的，其特征在于在小掺杂极限下的整体低迁移率，并且当2D材料被掺杂到足以使电子-声子相互作用被其自身的自由载流子屏蔽时，迁移率要高得多。我们使用GaSe作为原型，并将其放置在掺杂石墨烯作为“屏蔽”层和BN作为隔离物的异质结构中。我们开发了一种方法来确定任何异质结构的静电响应结合密度泛函微扰理论计算的各个层的响应。从石墨烯的远程屏蔽可以抑制长波长的Fröhlich相互作用，导致对于从$10^{11}$到$10^{13}$ cm $^{-2}$的GaSe中的载流子密度，在$500$到$600$ cm $^2$ /Vs附近的一致的高迁移率。值得注意的是，低掺杂迁移率提高了2.5倍。这种远程自由载流子屏蔽比介电环境的更常规的操纵更有效，并且当隔离物（BN）薄时最有效。
