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使用ATK研究电子输运
本文用简单的实例介绍使用ATK研究电子输运的基本概念，计算设置应该注意的事项和对体系输运性质进行的常用分析方法。
为了快速完成计算，这里用到的体系是Zn-ZnO-Zn，使用ATK-SE半经验方法进行计算。体系的结构见下图：
实例简述
实例计算中使用紧束缚近似（TB）的半经验方法，结合非平衡态格林函数方法（NEGF）研究上述器件结构的电子输运特性。理论方法的详细描述见：参考手册。
这里主要介绍器件电子输运计算的核心概念与在VNL-ATK中可以进行的常用计算：
- 器件的基本结构
- 选择合适的计算精度
- 检查块体材料是否适合用作电极
- 计算0偏压和有限偏压下的透射谱
- 使用透射分析工具分析透射谱
- 计算透射本征态
- 计算投影器件态密度
- 计算器件内电势分布（电压降）
- 计算、分析IV曲线
器件体系的几何结构
与通常的计算模拟中常见的块体材料的周期性体系（bulk）和分子体系的孤立结构（molecule）不同，用于电子输运计算的器件体系（device）比较特殊。器件结构由左、右两个电极（electrode，分别是周期性体系）和中间区域（central region，分子体系）构成。在晶体管器件中，左、右电极也称为源、漏电极。中间区域则是一个有限的区域，也称为散射区（scattering region），由于载流子从一个电极到另一个电极传输时会受到中间区域的散射，因此，中间区域是决定器件特性的关键区域。 中间区域除了可能存在的不同于电极部分的材料之外，还包括左、右电极部分的一个完整的、严格的重复（electrode extension），这在使用VNL构建器件结构和ATK的整个计算过程中是必须满足也是默认满足的条件。
器件结构的一些说明
- 电流方向规定为C方向，C方向必须与AB面垂直，以确保电子不会直接从一个电极到另一个电极；
- 为节约计算量起见，对于类似此实例的在AB方向为周期性的体系，应尽量减少周期性方向的重复周期数；
- 为研究一维、二维体系，则需要在A、B方向上留足真空层；
- 中间区域可以是各种形式的材料，如金属-半导体-金属的夹层结构、分子、纳米管、纳米带等；
- 左右电极可以是不同种材料，VNL提供功能强大的异质界面建模工具，方便构建此类模型；
- 除了源漏电极之外，ATK计算中还可以增加静电门电极，用来模拟晶体管。
屏蔽区域
中间区域通常包含一些非均质的结构（界面、分子、缺陷等等），这导致中间区域的电子密度和自洽计算中的电子感受到的有效势发生变化，由此可能进一步导致中间区域的结构发生弛豫（当然，弛豫不包括电极扩展部分）。这种非均质的效应导致电势（电压）在中间区域发生降落。
完美周期结构的电子输运情况只能在0偏压下研究，这是因为在完美周期体系中由于没有散射中心导致没有电压降。对于此类体系可以使用块体材料来研究0偏压的输运情况。
NEGF理论方法假定中间区域的电势能够与电极部分平滑的过渡，也就是说在电极和中间区域之间不存在界面的散射。（注意：此处提到的界面指的是下图中蓝色方框的电极和红色方框的中间区域之间；在中间区域内部的Zn和ZnO之间的界面当然存在合理的散射，这部分可能是研究的主要对象）。为了确保这种平滑的过渡，中间区域要保留足够多的的电极材料层（含电极扩展部分），这部分称作屏蔽区域（下图中的中间区域的灰色部分）。如果屏蔽区域厚度不够，可能会导致自洽计算收敛变慢、结果不准确等问题。
上图中还显示了由于外加偏压（0.5V）导致的电势分布。左右电极的电势差为0.5eV=0.018Ha。图中明显看出，所有的电势降落都发生在ZnO部分，而金属Zn部分的电势则相当的平坦。
本征半导体材料电极中的屏蔽长度可能非常长，因此需要非常长的中间区域才能使电势平滑过渡到块体电极部分。不过在实际情况中，屏蔽距离会随掺杂浓度的提高而变短。
- 这里计算模拟的电子输运性质都是相干、弹性散射，不包含声子对电子的散射效应。但是，这种弹性散射则考虑了整个中间区域（含电极扩展部分）的特性。
- NEGF理论方法假定电极处于热平衡，这要求器件的电流比较低（电压比较低，或者电子透射概率低）。
开始计算
打开VNL，创建一个新的Project。一般情况下，可以使用Builder构建新的结构，这里可以直接下载结构文件，放在打开的Project文件夹下。
将脚本拖动到Builder图标上即可打开Builder窗口看到结构。
