差别

这里会显示出您选择的修订版和当前版本之间的差别。

--- atk:ag-si界面的肖特基势垒和电输运性质 [2018/05/14 11:42] – [参考文献] xie.congwei
+++ atk:ag-si界面的肖特基势垒和电输运性质 [2018/08/23 10:04] (当前版本) – [硅掺杂和耗尽层长度] xie.congwei
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   * 计算理想因子
   * 估算、分析肖特基势垒
-  * 计算光谱电流
+  * 计算谱电流
+<WRAP center info 100%>
+=== 提示 ===
+**本教程使用特定版本的QuantumATK创建，因此涉及的截图和脚本参数可能与您实际使用的版本略有区别，请在学习时务必注意。**
+</WRAP>
 <WRAP center important 100%>
 === 注意 ===
@@ 行 111: / 行 118: @@
 . 做固定 c 值约为 1.0841 的类似计算。这步可以通过在一个 ATK 的 Python 脚本中循环不同的 c 值实现。采用 {{:atk:editor.png?direct&25|}} **Editor** 输入如下循环：
-<code>
+<code python>
 for tb09 in (1.05,1.055,1.06,1.065,1.07,1.075,1.08,1.085,1.09,1.095,1.1):
 # -------------------------------------------------------------
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 注意，随着长度的增加，计算收敛的难度也逐渐增大。在大于等于 120 Å 时，需要在计算器中调整 Iteration Control Settings：在 **Scripter** 窗口，更改 **Script detail** 为 Show defaults，发送脚本 {{:atk:editor.png?direct&25|}} **Editor**。在 Iteration Control Settings 模块，修改器件计算中需要用到的 ''damping_factor'', '' number_of_history_steps'' 和 ''max_steps''。
-<code>
+<code python>
 device_iteration_control_parameters = IterationControlParameters(
 damping_factor=0.05,
@@ 行 222: / 行 229: @@
 {{ :atk:pldos_hdp.png?direct&550 |}}
-您可以很容易地从上图中看到界面边缘右侧的**金属诱导带隙态**。而且平均电势在界面处及更远处都很好地跟随着导带的最小能级。因此，我们可以通过计算电极的化学势 $\mu_L$ 和 $\langle \Delta V_H \rangle$ 最大值的差别来估算**肖特基势垒** $\Phi^{pot}$。绘图的脚本会将该值和图一起呈现出来。您将得到一个大约为 0.606 eV 的势垒，与实验结果一致，可参考 <color #ed1c24>[cBML13]</color> 和 <color #ed1c24>[cGASL10]</color>。该脚本还能输出随 $\mu_L$ 变化对应处的导带最小值位置，在稍后分析光谱电流时会需要这个值。
+您可以很容易地从上图中看到界面边缘右侧的**金属诱导带隙态**。而且平均电势在界面处及更远处都很好地跟随着导带的最小能级。因此，我们可以通过计算电极的化学势 $\mu_L$ 和 $\langle \Delta V_H \rangle$ 最大值的差别来估算**肖特基势垒** $\Phi^{pot}$。绘图的脚本会将该值和图一起呈现出来。您将得到一个大约为 0.606 eV 的势垒，与实验结果一致，可参考 <color #ed1c24>[cBML13]</color> 和 <color #ed1c24>[cGASL10]</color>。该脚本还能输出随 $\mu_L$ 变化对应处的导带最小值位置，在稍后分析谱电流时会需要这个值。
 ===== 有限偏压计算 =====
 接下来我们将研究 I-V 特性，需要用到 {{:atk:analysis_from_file.png?direct&25|}} **Analysis from File** 功能和  {{:atk:analysis.png?direct&25|}} **IVCurve** 分析模块。为分析选择以下设置：
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-==== 光谱电流 ====
+==== 谱电流 ====
-最后的分析是对光谱电流的调查研究，
+最后的分析是对谱电流的研究，
 $$I(E) = \frac{2q}{h} T(E,\mu_L,\mu_R) \left[ f \left( \frac{E-\mu_L}{k_BT} \right) - f \left( \frac{E-\mu_R}{k_BT} \right) \right].$$
-为了比较最大光谱电流的能量和 Hartree 势的势垒，我们需要把光谱电流和平均 Hartree 电势差放在同一个图中。
+为了比较最大谱电流的能量和 Hartree 势的势垒，我们需要把谱电流和平均 Hartree 电势差放在同一个图中。
 要考虑到计算在不同偏压下的 Hartree 势的起点问题。做到这点则要用到 {{:atk:analysis_from_file.png?direct&25|}} **Analysis from File**，下载保存在由 **IV 曲线**计算产生的 ''incurve_selfconsistent_configurations.nc'' 文件中的构形，给每个构形添加 {{:atk:analysis.png?direct&25|}} **HartreeDifferencePotential** 模块。计算速度快且可在本机运行。您还可以再次使用脚本 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/hdp.py|↓hdp.py]] 计算每个势的平均值。
-用脚本 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/spectral_current.py|↓spectral_current.py]] 画出的平均势能和光谱电流在同一张图上。您需要编辑一些参数：
+用脚本 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/spectral_current.py|↓spectral_current.py]] 画出的平均势能和谱电流在同一张图上。您需要编辑一些参数：
 | **fname：**      | 含有IV曲线分析的 .nc 文件                                                                                       |
@@ 行 303: / 行 310: @@
 | **CB_min:**     | 同上用 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/pldos_hdp.py|↓pldos_hdp.py]] 计算块体硅电极的导带最小值随 $\mu_L$ 变化的关系  |
 | **fname2:**     | 包含与热离子发射相关势垒（单位为 eV）的输出文件名                                                                            |
-| **Fname3:**     | 包含最大光谱电流的能量（单位为 eV）的输出文件名                                                                             |
+| **Fname3:**     | 包含最大谱电流的能量（单位为 eV）的输出文件名                                                                             |
 运行脚本会产生下图。
@@ 行 309: / 行 316: @@
 {{ :atk:spectral_current.png?direct&500 |}}
-计算脚本也会返回热离子发射的估算势垒 $\phi_F$ 和如 .dat 文件中包含的每个偏压的最大光谱电流能量。绘制平均势能随块体硅电子亲和能（由脚本 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/pldos_hdp.py|↓pldos_hdp.py]]）和 $\mu_L$ 变化关系图以及光谱电流随 $\mu_L$ 变化关系图。
+计算脚本也会返回热离子发射的估算势垒 $\phi_F$ 和如 .dat 文件中包含的每个偏压的最大谱电流能量。绘制平均势能随块体硅电子亲和能（由脚本 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/pldos_hdp.py|↓pldos_hdp.py]]）和 $\mu_L$ 变化关系图以及谱电流随 $\mu_L$ 变化关系图。
 {{ :atk:illustration.png?direct&550 |}}
-器件的输运可以发生在两种不同的进程中，或是热离子发射或是穿过肖特基势垒。如果仅由热离子发射引起的输运，光谱电流会在零下低于 $\Phi^{pot}$。此案例并不是上述情况。实际上对于每个偏压，最大光谱电流的能量值都低于热离子发射势垒，揭示着主导输运进程的是隧道效应。
+器件的输运可以发生在两种不同的进程中，或是热离子发射或是穿过肖特基势垒。如果仅由热离子发射引起的输运，谱电流会在零下低于 $\Phi^{pot}$。此案例并不是上述情况。实际上对于每个偏压，最大谱电流的能量值都低于热离子发射势垒，揭示着主导输运进程的是隧道效应。
 {{ :atk:illustration7.png?direct&550 |}}
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 通过绘制以下的图来对比有限偏压的结果：
-  * 由 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/spectral_current.py|↓spectral_current.py]] 得到最大光谱电流能量（圆圈）
+  * 由 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/spectral_current.py|↓spectral_current.py]] 得到最大谱电流能量（圆圈）
   * 由 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/spectral_current.py|↓spectral_current.py]] 得到热离子发射势垒 $\phi_F$ （三角形）
   * 由 [[https://docs.quantumwise.com/_downloads/arrhenius.py|↓arrhenius.py]] 得到有效 AE 肖特基势垒 $\phi^{AE}(V_{bias})$ （正方形）
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 {{ :atk:barrier_compare.png?direct&450 |}}
-上图显示，每个偏压点处的估算 AE 肖特基势垒（正方形）值都要低于热离子发射势垒（三角形）。这是因为AE法忽略了隧道效应的贡献，因此隐含假设最大光谱电流（圆圈）出现在势垒高度能量处。另外，我们可以看出热离子发射势垒随分析偏压变化的曲线（虚线）与模拟的势垒高度的变化趋势（三角形）吻合良好。
+上图显示，每个偏压点处的估算 AE 肖特基势垒（正方形）值都要低于热离子发射势垒（三角形）。这是因为AE法忽略了隧道效应的贡献，因此隐含假设最大谱电流（圆圈）出现在势垒高度能量处。另外，我们可以看出热离子发射势垒随分析偏压变化的曲线（虚线）与模拟的势垒高度的变化趋势（三角形）吻合良好。
-===== 电流变化的注释 =====
+===== 电流差别的说明 =====
-模拟计算得到的电流要比当前报道在已出版文献<color #ed1c24>[cSMB+16]</color>中的电流小两个数量级。这是因为使用了两个有略微差别的Ag电极：在界面处两个表面拼接后，文章中所用的银电极没有弛豫，因此与本案例相比，文章中的电极相对被压缩了。通过比较电极的能带结构可以看出，弛豫对电极的电子结构产生了影响。
+模拟计算得到的电流要比当前报道在已出版文献 <color #ed1c24>[cSMB+16]</color> 中的电流小两个数量级。这是因为使用了两个有略微差别的 Ag 电极：在界面处两个表面拼接后，文章中所用的银电极没有弛豫，因此与本案例相比，文章中的电极相对被压缩了。通过比较电极的能带结构可以看出，弛豫对电极的电子结构产生了影响。
 {{ :atk:bs_compare.png?direct&550 |}}
-在上图中，“electrode_ref.nc”是指文章中使用的电极，“eletrode_used.nc”表示本例用到的电极，而“electrode_bulk.nc”则是完全未发生形变的银电极。比较前两个，您会发现一般拉伸电极会导致其具有更低的能量水平。本例研究中用到的电极在偏压窗口具有较少的k点（和态）可用，因此产生了较小的输运和较低的电流。然而，如果比较前两个和未形变银的能带结构，我们可以看到在费米能级附近的主要特点是保留着这里用到的两个电极和出版物中用到的一个。
+在上图中，“electrode_ref.nc” 是指文章中使用的电极，“eletrode_used.nc” 表示本例用到的电极，而 “electrode_bulk.nc” 则是完全未发生形变的银电极。比较前两个，您会发现一般拉伸电极会导致其具有更低的能量水平。本例研究中用到的电极在偏压窗口具有较少的 k 点（和态）可用，因此产生了较小的输运和较低的电流。然而，如果比较前两个和未形变银的能带结构，我们可以看到在费米能级附近的主要特点是保留着这里用到的两个电极和出版物中用到的一个。
 ===== 参考 =====
   *  <color #ed1c24>[cBBR88]</color>   | A. Baldereschi, S. Baroni, and R. Resta. Band offsets in lattice-matched heterojunctions: A model and first-principles calculations for GaAs/AlAs. //Phys. Rev. Lett//., 61:734–737, Aug 1988.\\ [[https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.61.734|doi:10.1103/PhysRevLett.61.734]].
   * <color #ed1c24>[cBML13]</color>  | R. Balsano, A. Matsubayashi, and V. P. LaBella. Schottky barrier height measurements of cu/si(001), ag/si(001), and au/si(001) interfaces utilizing ballistic electron emission microscopy and ballistic hole emission microscopy. AIP Advances, 3:112110, 2013. [[https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4831756|doi:10.1063/1.4831756]].
+  *  <color #ed1c24>[cGASL10]</color>  | J. J. Garramone, J. R. Abel, I. L. Sitnitsky, and V. P. LaBella. Hot-electron transport studies of the Ag/Si(001) interface using ballistic electron emission microscopy. Journal of Vacuum Science & Technology A, 28:643, 2010. [[http://dx.doi.org/10.1116/1.3397795|doi:10.1116/1.3397795]].
-  *  <color #ed1c24>[cGASL10]</color>  | J. J. Garramone, J. R. Abel, I. L. Sitnitsky, and V. P. LaBella. Hot-electron transport studies of the Ag/Si(001) interface using ballistic electron emission microscopy. Journal of Vacuum Science & Technology A, 28:643, 2010. [[http://dx.doi.org/10.1116/1.3397795|doi:10.1116/1.3397795]].
+  *  <color #ed1c24>[cKP05]</color>    | E. Kasper and D. J. Paul. Silicon Quantum Integrated Circuits. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. [[http://dx.doi.org/10.1007/b137494|doi:10.1007/b137494]].
+  *  <color #ed1c24>[cKit04]</color>   | C. Kittel. Introduction to Solid State Physics. Wiley, 8th edition, 2004.
-  *  <color #ed1c24>[cKP05]</color>    | E. Kasper and D. J. Paul. Silicon Quantum Integrated Circuits. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. [[http://dx.doi.org/10.1007/b137494|doi:10.1007/b137494]].
+  *  <color #ed1c24>[cSMB+16]</color>  | (1, 2, 3, 4) D. Stradi, U. Martinez, A. Blom, M. Brandbyge, and K. Stokbro. General atomistic approach for modeling metal-semiconductor interfaces using density functional theory and nonequilibrium green’s function. Phys. Rev. B, 93:155302, Apr 2016.[[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.93.155302|doi:10.1103/PhysRevB.93.155302]].
+  *  <color #ed1c24>[cSK06]</color>    | (1, 2) S. M. Sze and K. N. Kwok. Physics of Semiconductor Devices. Wiley, 3rd edition, 2006.
-  *  <color #ed1c24>[cKit04]</color>   | C. Kittel. Introduction to Solid State Physics. Wiley, 8th edition, 2004.
+  *  <color #ed1c24>[cTB09]</color>    | F. Tran and P. Blaha. Accurate band gaps of semiconductors and insulators with a semilocal exchange-correlation potential. Phys. Rev. Lett., 102:226401, 2009. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.226401|doi:10.1103/PhysRevLett.102.226401]].
-  *  <color #ed1c24>[cSMB+16]</color>  | (1, 2, 3, 4) D. Stradi, U. Martinez, A. Blom, M. Brandbyge, and K. Stokbro. General atomistic approach for modeling metal-semiconductor interfaces using density functional theory and nonequilibrium green’s function. Phys. Rev. B, 93:155302, Apr 2016.[[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.93.155302|doi:10.1103/PhysRevB.93.155302]].
-  *  <color #ed1c24>[cSK06]</color>    | (1, 2) S. M. Sze and K. N. Kwok. Physics of Semiconductor Devices. Wiley, 3rd edition, 2006.
-  *  <color #ed1c24>[cTB09]</color>    | F. Tran and P. Blaha. Accurate band gaps of semiconductors and insulators with a semilocal exchange-correlation potential. Phys. Rev. Lett., 102:226401, 2009. [[http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.226401|doi:10.1103/PhysRevLett.102.226401]].
   * 英文原文：[[https://docs.quantumwise.com/casestudies/ag_si_interface/ag_si_interface.html|https://docs.quantumwise.com/casestudies/ag_si_interface/ag_si_interface.html]]

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