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atk:硅p-n结

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atk:硅p-n结 [2016/06/04 10:31] – dong.dongatk:硅p-n结 [2019/04/20 10:31] (当前版本) – [电流电压曲线] dong.dong
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   * 通过计算、绘制器件在正向、反向偏压下的器件态密度（DDOS）,分析器件的电子性质。   * 通过计算、绘制器件在正向、反向偏压下的器件态密度（DDOS）,分析器件的电子性质。
  
 +<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>
 ===== 硅晶胞：Slater-Koster 和 MGGA ===== ===== 硅晶胞：Slater-Koster 和 MGGA =====
  
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 ==== DFT-MGGA 计算 ==== ==== DFT-MGGA 计算 ====
  
-ATK-DFT中的TB09 MGGA近似[参考文献：aTB09]，已经在[[http://quantumwise.com/documents/tutorials/latest/InAs-2D/index.html/|Meta-GGA与二维受限的砷化铟]]教程中详细介绍。为了对比Slater-Koster与MGGA结果的差异，我们将会拟合参数c，使得MGGA的带隙可以和Slater-Koster相匹配。在本教程中，我们将会使用这个拟合参数 c 进行 MGGA 计算。+ATK-DFT中的TB09 MGGA近似[参考文献：aTB09]，已经在[[Meta-GGA和二维受限的砷化铟]]教程中详细介绍。为了对比Slater-Koster与MGGA结果的差异，我们将会拟合参数c，使得MGGA的带隙可以和Slater-Koster相匹配。在本教程中，我们将会使用这个拟合参数 c 进行 MGGA 计算。
   * 从**Builder**窗口中，将硅单晶结构发送至**Script Generator**窗口，添加**New Calculator**，设置如下参数：   * 从**Builder**窗口中，将硅单晶结构发送至**Script Generator**窗口，添加**New Calculator**，设置如下参数：
     * 选择//ATK-DFT//，//MGGA//交换关联势。     * 选择//ATK-DFT//，//MGGA//交换关联势。
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   * 在 Script Generator 窗口中，将输出文件保存成：“''MGGA_bulk.nc''”。   * 在 Script Generator 窗口中，将输出文件保存成：“''MGGA_bulk.nc''”。
   * 为了匹配 Slater-Koster 计算结果，我们需拟合参数c，这需要进行几步计算。此处我们取c=0.9，1.0，1.1，1.2，分别进行MGGA计算。需要修改计算脚本：   * 为了匹配 Slater-Koster 计算结果，我们需拟合参数c，这需要进行几步计算。此处我们取c=0.9，1.0，1.1，1.2，分别进行MGGA计算。需要修改计算脚本：
-    * 利用【发送】按钮发送脚本至【Editor】Editor窗口，如图修改交换关联势部分。在python脚本中，添加一个对c值的循环（在此处下载修改后的脚本[[https://www.quantumwise.com/images/Tutorials/p-n_junction/bulk_MGGA.py|python脚本]]）：+    * 利用【发送】按钮发送脚本至【Editor】Editor窗口，如图修改交换关联势部分。在python脚本中，添加一个对c值的循环（在此处下载修改后的脚本：{{ :atk:bulk_mgga.zip |}}）：
 {{ :atk:181.png?500 |}} {{ :atk:181.png?500 |}}
   * 发送脚本至**Job Manager**窗口，然后运行脚本。   * 发送脚本至**Job Manager**窗口，然后运行脚本。
行 100: 行 104:
 <WRAP center info 80%> <WRAP center info 80%>
 ==== 说明 ==== ==== 说明 ====
-这52层晶胞将构成中心区域。由于硅半导体较长的屏蔽层，器件需要足够长（14nm），详细解释参见[[http://quantumwise.com/publications/tutorials/item/820-ni-silicide-si-interfaces|Doping in ATK: the Ni silicide - Si interfaces]]. 从下面的结果可以看出，这个器件仍旧不够长，但是，为了能较快的用MGGA计算，我们在本教程中选择用52层器件。+这52层晶胞将构成中心区域。由于硅半导体较长的屏蔽层，器件需要足够长（14nm），详细解释参见[[http://quantumwise.com/publications/tutorials/item/820-ni-silicide-si-interfaces|Doping in QuantumATK: the Ni silicide - Si interfaces]]. 从下面的结果可以看出，这个器件仍旧不够长，但是，为了能较快的用MGGA计算，我们在本教程中选择用52层器件。
 </WRAP> </WRAP>
  
行 136: 行 140:
 <WRAP center info 80%> <WRAP center info 80%>
 ==== 说明 ==== ==== 说明 ====
-所有参数设置参考：[[http://quantumwise.com/publications/tutorials/item/820-ni-silicide-si-interfaces|Doping in ATK: the Ni silicide - Si interfaces]] 和 [[http://quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html|ATK Reference Manual]]。+所有参数设置参考：[[http://quantumwise.com/publications/tutorials/item/820-ni-silicide-si-interfaces|Doping in QuantumATK: the Ni silicide - Si interfaces]] 和 [[http://quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html|QuantumATK Reference Manual]]。
 </WRAP> </WRAP>
  
行 178: 行 182:
 发送脚本至 **Job Manager**，运行计算。 发送脚本至 **Job Manager**，运行计算。
  
-通过脚本中的分析，以及在 **Job Manager** 中多线程并行计算，对于零偏压部分的计算，将会花费几分钟，而对于整个IV曲线的计算则需要几个小时。在 ATK2014中，利用不同方法和计算透射谱所花的时间与并行数的关系如图所示。+通过脚本中的分析，以及在 **Job Manager** 中多线程并行计算，对于零偏压部分的计算，将会花费几分钟，而对于整个IV曲线的计算则需要几个小时。在 2014版中，利用不同方法和计算透射谱所花的时间与并行数的关系如图所示。
  
 {{ :atk:scaling_pn_junction_atk2014.png?400 |}} {{ :atk:scaling_pn_junction_atk2014.png?400 |}}
行 184: 行 188:
 <WRAP center info 80%> <WRAP center info 80%>
 ==== 说明 ==== ==== 说明 ====
-这个计算是运行在 Intel e5472 3.0 GHz 的机器上，图中用单点描述的是 ATK13.8 版本，调用12个进程的结果。整体来看，ATK2014 比ATK13.8 有 25%~30% 的速度提升。+这个计算是运行在 Intel e5472 3.0 GHz 的机器上，图中用单点描述的是 13.8 版，调用12个进程的结果。整体来看，2014版 比13.8版有 25%~30% 的速度提升。
 计算详细参数：零偏压，对于 SCF 采用 7x7x100 的k点，透射计算则取 21x21。其他所有参数均按照本教程设置。 计算详细参数：零偏压，对于 SCF 采用 7x7x100 的k点，透射计算则取 21x21。其他所有参数均按照本教程设置。
 可以看出对于 post-SCF 计算和透射谱计算，Slater-Koster 方法效率远大于其他方法。 可以看出对于 post-SCF 计算和透射谱计算，Slater-Koster 方法效率远大于其他方法。
行 205: 行 209:
   * 选中其中一个 **IVCurve**，并用 IV-Plot 插件，绘制电流曲线。如果勾选 //Addititonal plots// 选项，我们将会看到 dI/dV，透射谱，谱电流几个部分。   * 选中其中一个 **IVCurve**，并用 IV-Plot 插件，绘制电流曲线。如果勾选 //Addititonal plots// 选项，我们将会看到 dI/dV，透射谱，谱电流几个部分。
 {{ :atk:282.png?500 |}} {{ :atk:282.png?500 |}}
-  * 为了对比 **Slater-Koster** 和 **MGGA** 两种计算的电流曲线，下载这个脚本[[http://quantumwise.com/images/Tutorials/p-n_junction/IV_compare.py|IV_compare.py]] 至项目文件夹下，并发送至 **Job Manager** 窗口运行，我们将会得到两条电流曲线的对比图。我们也可以在 **Editor** 中编辑这个脚本，调整合适的参数以得到合适的数据图。+  * 为了对比 **Slater-Koster** 和 **MGGA** 两种计算的电流曲线，下载这个脚本：{{ :atk:iv_compare.zip |}} 至项目文件夹下，并发送至 **Job Manager** 窗口运行，我们将会得到两条电流曲线的对比图。我们也可以在 **Editor** 中编辑这个脚本，调整合适的参数以得到合适的数据图。
  
 {{ :atk:292.png?400 |}} {{ :atk:292.png?400 |}}
行 216: 行 220:
  
 下图是p-n结电子态示意图，图中画出了势能沿输运方向随坐标的变化。 下图是p-n结电子态示意图，图中画出了势能沿输运方向随坐标的变化。
-{{ :atk:scheme_pn-junction_energy.png?300 |图片来自：http://wanda.fiu.edu/teaching/courses/Modern_lab_manual/pn_junction.html}}+{{ :atk:scheme_pn-junction_energy.png?500 |图片来自：http://wanda.fiu.edu/teaching/courses/Modern_lab_manual/pn_junction.html}}
  
-通过 **VNL** 和 **ATK** 中的 **DeviceDensityOfStates** 或者 **LocalDensityOfStates**，可以很容易的绘制这幅图。+通过 **VNL** 和 **QuantumATK** 中的 **DeviceDensityOfStates** 或者 **LocalDensityOfStates**，可以很容易的绘制这幅图。
  
 <WRAP center important 80%> <WRAP center important 80%>
-[注意] +==== 注意 ==== 
-在这，我们可以通过分析DDOS，绘制出势能沿输运方向的势能图，从此处下载脚本 [[http://quantumwise.com/images/Tutorials/p-n_junction/ddos_edp.py|ddos_edp.py]]。+在这，我们可以通过分析DDOS，绘制出势能沿输运方向的势能图，从此处下载脚本{{ :atk:ddos_edp.zip |}}。
  
 为了能正常运行脚本，nc文件中必须包含以下几个内容：**DeviceConfiguration**, **Device DensityOfStates** 和 **ElectrostaticDifferencePotential**。我们可以通过 **Editor** 窗口自定义脚本。 为了能正常运行脚本，nc文件中必须包含以下几个内容：**DeviceConfiguration**, **Device DensityOfStates** 和 **ElectrostaticDifferencePotential**。我们可以通过 **Editor** 窗口自定义脚本。
行 296: 行 300:
  
   * [aTB09] Fabien Tran and Peter Blaha. Accurate band gaps of semiconductors and insulators with a semilocal exchange-correlation potential. //Phys. Rev. Lett.//, 102:226401, 2009. [[http://docs.quantumwise.com/tutorials/optical.html#id4|doi:10.1103/PhysRevLett.102.226401.]]   * [aTB09] Fabien Tran and Peter Blaha. Accurate band gaps of semiconductors and insulators with a semilocal exchange-correlation potential. //Phys. Rev. Lett.//, 102:226401, 2009. [[http://docs.quantumwise.com/tutorials/optical.html#id4|doi:10.1103/PhysRevLett.102.226401.]]
-  * 英文原文：[[http://docs.quantumwise.com/tutorials/silicon_pn_junction.html|英文]]（翻译：闫强）。+  * 英文原文：[[http://docs.quantumwise.com/tutorials/silicon_pn_junction.html|英文]]（全文翻译：闫强）。
atk/硅p-n结.1465007493.txt.gz · 最后更改: 2016/06/04 10:31 由 dong.dong

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