FIG. 1. (Color online) Structures of the geometry optimized 1-nm NWs. (a)–(c) show the unterminated [100], [110], and [111] NWs, (d)–(f) show the respective O-terminated NWs. Cu is orange and O is red.

QuantumATK在半导体和微电子工业研究中的应用

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QuantumATK 在全世界范围里有几百家单位构成的活跃用户群体,其中包括绝大部分全球知名的半导体和微电子公司。下面是部分企业用户发表的文章: 参考 更多半导体领域的应用方案和实例见:http://www.fermitech.com.cn/vnl-atk/semiconductor/ 立即试用 QuantumATK! 下载QuantumATK软件安装包 申请QuantumATK的全功能试用许可 获取永久免费学术版的VNL图形界面

QuantumATK在半导体和微电子工业研究中的应用—名企系列论文(5)肖特基势垒的调制

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  文章使用密度泛函理论研究了肖特基势垒高度(Schottky Barrier Height)对界面形态的依赖,以及如何通过在 NiSi2/Si界面替位掺杂进行调制。使用 meta-GGA 交换相关泛函预测出相当精确的Si带隙。本文的研究表明,(n型半导体的)电子肖特基势垒高度在(001)方向显著低于(111)方向。这些结果定性上与界面形态依赖的肖特基势垒高度的实验结果一致。肖特基势垒高度能够通过 NiSi2/Si 界面替代掺杂显著降低,本文讨论了 Si 掺杂位点、杂质类型以及晶向对优化肖特基势垒高度的影响。 参考文献 ab-initio study on Schottky-Barrier modulation in NiSi2/Si interface Jiseok Kim[1], Byounghak Lee[2], Yumi Park[2],Kota V R M Murali[2], Francis Benistant[3] [1]GLOBALFOUNDRIES, Albany, NY 12203, USA [2]GLOBALFOUNDRIES, Malta, NY 12020, USA [3]GLOBALFOUNDRIES, Singapore 528830, Singapore SISPAD 2015, Septempber 9-11, 2015, Washington, DC, USA 参考 更多半导体领域的应用方案和实例见:http://www.fermitech.com.cn/vnl-atk/semiconductor/ 立即试用 QuantumATK! […]

QuantumATK在半导体和微电子工业研究中的应用—名企系列论文(4)金属-半导体界面接触电阻

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  摘要 文章(APPLIED PHYSICS LETTERS 105, 053511 (2014))使用密度泛函理论和密度泛函紧束缚近似研究了n-Si在[100]方向电阻率下限的理想金属电子结构效应。结果表明,在高掺杂浓度时,“理想金属”假设在某些情况下会失效,因此对n-Si的接触电阻下限至少低估了一个数量级。金属和半导体在横向动量空间的失配,也就是所谓的“谷过滤效应”,对使用的原胞的横向边界情况的细节非常敏感。因此在金属-半导体接触面的电子输运的原子尺度模拟,需要明确所包含的金属原子和电子结构。 参考文献 Effect of realistic metal electronic structure on the lower limit of contact resistivity of epitaxial metal-semiconductor contacts Ganesh Hegde and R. Chris Bowen Advanced Logic Lab, Samsung Semiconductor R&D Center, Austin, Texas 78754, USA APPLIED PHYSICS LETTERS 105, 053511 (2014) 参考 更多半导体领域的应用方案和实例见:http://www.fermitech.com.cn/vnl-atk/semiconductor/ 立即试用 QuantumATK! 下载QuantumATK软件安装包 申请QuantumATK的全功能试用许可 […]

Fig. 1. Diagram of the system

QuantumATK在半导体和微电子工业研究中的应用—名企系列论文(3)金属-有机体系的载流子注入

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  摘要 文章(Surface Science 600 (2006) 5080–5083)研究了单个π共轭分子吸附或夹在两个电极上的电流特性,尤其是载流子通过有机/金属界面的注入。首次使用第一性原理方法研究了分子的取向和电极材料对电流对影响:过去的电流计算都是假设分子与电极之间通过共价键连接。研究模拟的两个体系中,萘分子夹在金或铝电极之间。 首先,通过分子的电流与分子的取向有关系,这表示电子主要通过π通道(也就是分子的π轨道与电极电子轨道的交叠)传输;其次,金-萘-金体系的电流比铝-萘-铝体系的电流强,这表明金比铝更适合做电极。   参考文献 First-principles study on current through a single p conjugate molecule for analysis of carrier injection through an organic/metal interface Kenji Toyoda *, Kiyoshi Morimoto, Kiyoyuki Morita Advanced Technology Research Laboratories, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd, 3-4 Hikaridai, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto 619-0237, Japan Surface Science 600 […]

FIG. 1. (a) Structure of a single Cu impurity in a c-Al2O3 (R-3c) 2 2 1 super-cell. Red, brown, and yellow spheres represent O, Cu, and Al atoms, respec- tively. (b) Electron localization function in the plane passing through the center of the Cu impurity bonded to Al and O. Blue-green-red represents low-me- dium-high electron concentration from 0-0.5 to 1.0 e/A ̊ 3, respectively. (c) Cu interaction with Si and O in a-quartz c-SiO2. Red, brown, and green spheres are O, Cu, and Si atoms, respectively. (d) The computed formation energy (eV per Cu atom) (circles) and the average charge transfer (squares) as a function of Cu impurity concentration in SiO2.

QuantumATK在半导体和微电子工业研究中的应用—名企系列论文(2)绝缘体中的金属杂质的影响与阻变存储器

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摘要 文章(JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 117, 054504 (2015))对铜掺杂SiO2和Al2O3在热力学、动力学和电子性质方面进行了原子尺度的模拟研究,得到不同浓度(9.91×1020 cm-3和3.41×1022 cm-3)的铜掺杂下的定量结果。金属-绝缘体界面导致体系的形成能与块体相比降低大约4eV。另外,本文还介绍了Cu-Cu相互作用对降低化学势的重要性。这些概念的讨论是在关于阻变存储器(RRAM-M)局域传导路径的形成及其稳定性的背景下展开的。电子态密度以及通过这些局域路径的非平衡透射研究确认了透射增大了三个数量级。本文通过原子尺度的漂移-扩散计算,研究了这些传导路径的动力学行为。本文最后对RRAM-M的原胞进行了分子动力学模拟,试图将上述所有现象用统一的自洽的模型结合起来。   参考文献 Cu impurity in insulators and in metal-insulator-metal structures: Implications for resistance-switching random access memories Sumeet C. Pandeya), Roy Meade, and Gurtej S. Sandhu Emerging Memory Group, Process R&D, Micron Technology Inc., Boise, Idaho 83707-0006, USA JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 117, 054504 (2015) 参考 […]

FIG. 1. (Color online) Structures of the geometry optimized 1-nm NWs. (a)–(c) show the unterminated [100], [110], and [111] NWs, (d)–(f) show the respective O-terminated NWs. Cu is orange and O is red.

QuantumATK在半导体和微电子工业研究中的应用—名企系列论文(1)铜纳米线的电子输运特性

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摘要 文章(PHYSICAL REVIEW B 92, 115413 (2015))使用密度泛函理论以及密度泛函紧束缚近似模型,对直径约 1 nm 和 3 nm 的铜纳米线的不同晶向和表面端基原子的电子输运性质进行了研究。发现无论何种直径、晶向、端基原子均不影响其金属性。电子透射强烈的依赖于晶向和端基原子,沿 [110] 方向的铜纳米线透射最强。与无端面的纳米线相比,表面氧化纳米线的电子透射显著降低。 文章计算了每种情况的单位面积透射;对给定晶向,文章指出对于无端基原子的纳米线,该数值随着直径增大而降低,而表面氧化纳米线对直径的依赖则不大(至少对于本文研究的直径范围是如此)。对透射路径的分析表明,无端基原子纳米线表面的透射强于内部;纳米线表面的透射,会由于表面氧化而显著降低。本文基于透射路径的结果,提出了解释单位面积输运与与直径的依赖关系的一个简单模型。   参考文献 Electron transport properties of sub-3-nm diameter copper nanowires Sarah L. T. Jones1, Alfonso Sanchez-Soares1, John J. Plombon2, Ananth P. Kaushik2, Roger E. Nagle3, James S. Clarke2, and James C. Greer1,* 1Tyndall National Institute, University College Cork, Dyke […]

QuantumATK在半导体材料与器件模拟中的应用

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概述 微纳电子学是当今对我们的日常生活有着重要影响的技术,尤其是在通讯、计算、消费电子、健康、运输、环境和安全领域。为确保高性能、高能效电子器件的发展,工业界开始着眼于可能部分替代传统硅晶体管的III-V族化合物半导体材料。在硅基平台上集成III-V族器件很可能在2018年实现量产,而要实现这一目标离不开TCAD等模拟工具,TCAD在纳米电子领域的广泛应用节约了大量的开发成本和实现市场化的时间。 随着半导体器件特征尺度的小到纳米级别,对相关材料与器件进行基于量子力学的原子级别模拟显得越来越重要。这为传统的基于量子力学的材料模拟方法提出了很多的挑战,QuantumATK从建模工具、计算方法、分析工具等完整的模拟平台入手,致力于解决这些问题,为半导体材料与器件的模拟提供有效、可靠、快捷的工具,特别双极器件模型的引入可以直接研究诸如pn结等异质结构的各种性质。 半导体的准确带隙 半导体材料都具有较窄的带隙(~1eV),并且其特性强烈的依赖于准确的能带尤其是带隙的计算。QuantumATK中提供的理论方法(ATK-DFT/SE)有专门针对半导体材料的MetaGGA方法和半经验参数,可得到接近实验数值的能带数据。QuantumATK中还支持使用杂化泛函和GW方法的计算,为带隙计算提供可靠的参考。 右图显示了不同材料的能隙计算值与实验值比较。普通的DFT方法(LDA和GGA)带隙计算值明显偏低。MetaGGA方法可以得到比较好的结构,计算量却与普通GGA泛函相仿。 材料界面 在半导体材料的实际应用中,半导体-氧化物、半导体-金属等材料界面对很多性质起决定性的作用。QuantumATK中提供高级的界面建模工具和系统的优化界面的方法,可以快捷的得到更合理的界面模型。 右图为Ag-SiO2-Si界面以及用LDOS计算得到的能带示意图。 掺杂模型 QuantumATK中可以使用补偿电荷法对指定区域进行指定浓度的掺杂,更好的模拟半导体材料中的低浓度掺杂,可以更方便的研究不同复杂异质结。 对器件进行模拟 直接模拟器件无疑是半导体材料的模拟非常吸引人的方向。QuantumATK中成熟的双电极器件模型(Two-probe device model)和非平衡态格林函数方法(Non-Equilibrium Green’s Fucntion, NEGF)是研究器件在偏压下的电子输运性质的有力工具。 在双电极器件模型的基础上,QuantumATK还可以使用高级的静电势模型,在器件区域增加具有指定介电常数的绝缘区域和具有特定电压的金属区域,用于模拟FET器件。 可研究的体系尺度 传统的原子级别的DFT计算通常只能模拟数百原子的体系,这离目前实验上能达到的器件加工能达到的最小尺度尚有一段距离。QuantumATK中的DFT方法具有更高的计算速度和效率,可以研究数千原子级别的体系;同时SE方法使用DFTB等参数化的哈密顿量方法,可以更快更好的计算万原子级别的体系,这使得模拟接近实验中的几十纳米尺度的体系成为可能。 目前文章中报道的使用 QuantumATK 研究的最大器件体系约有2400个原子(2015年);右图显示用 ATK-SemiEmpirical 研究受限的InAs器件结构(含5200个原子)。结构中还包含中央区域的 20nm 长的栅极,并进行了掺杂。 能带对齐(band alignment) QuantumATK支持直接对界面等复杂体系进行局域投影态密度的计算,可以十分方便的作出不同区域的能带对齐情况,研究指定位置的态密度。由于在QuantumATK中可以使用器件模型直接对真正的界面结构进行计算,因此可以避免普通块体材料计算的Slab模型带来的种种问题。  肖特基势垒 肖特基势垒是半导体材料界面的重要问题,很多时候直接决定了器件的性能。QuantumATK中可以方便的进行电势分析,并进行一维的投影作图,直接得到肖特基势垒的形状。结合能带弯曲情况研究,可以深入分析半导体-金属接触部分的电学特性。 右图显示了Ag-Si界面的肖特基势垒随掺杂浓度的变化情况。 发表的文章实例 第一原理方法计算电子-声子耦合和电子迁移率:在二维材料中的应用 Tue Gunst, et al. First-principles method for electron-phonon coupling and electron mobility: Applications to two-dimensional materials. Phys. Rev. B […]