这是本文档旧的修订版!
本教程演示如何进行一个InAs的器件计算,建立氢钝化的InAs(100)方向结构并建立 p-i-n 结。
在VNL图形界面中打开 Builder,点击 Add
→From Database
,搜索 InAs。点击右下角“+”将结构添加到 Builder 的 Stash 中。
下一步是将晶格常数修改为实验中室温下的晶格常数,即 $a=6.0583 Å $
Bulk Tools
→Lattice Parameters…
;
接下来打开右侧工具栏 Builder
→Surface (Cleave)…
来沿着 (100) 方向切割晶体。
接下来打开 Bulk tools
→Repeat
,输入 A=12,B=1,C=1,点击 Apply。
用快捷键 Ctrl+R 重设视角。
此时,应计算一下晶胞的大小,因为接下来对 p-i-n 结构进行掺杂时需要计算掺杂浓度。打开Bulk Tools
→Lattice Parameters
,晶胞体积在 Lattice Parameters 窗口的底部给出:1334.15 Å3。
要完成设置:
Bulk tools
→Lattice Parameters
,选择保持 Cartesian,将 A 矢量长度设为 80 Å;Coordinate tools
→Center
,将结构置于所有三个方向的中心。Coordinate tools
→Custom Passivator
;选择 Hybridization 4(sp3),将结构钝化。此时,结构应如下图所示。
接下来,将结构发送到 Script Generator 中进行计算设置。
我们用自洽的Vogl模型计算此体系的DOS,为此我们需要使用自定义的参数设置,这是因为VNL默认数据中不包含InAs和H的数据。
为此:
打开 New Calculator 单元,进行如下设置:
打开 DensityOfStates,将 k 点设为 1,15,15。
打开 Bandstructure,将 points per segment 设为201。
将脚本保存为 InAs_5nm.py
。
将脚本用Editor打开。ATK中缺少定义 H-端基的 InAs 紧束缚基组,下面脚本中提供了这个基组。在 InAs_5nm.py
中,将 Calculator一段用以下替代:
# Add external potential external_potential = AtomicCompensationCharge([ ('H_As', -0.25), ('H_In', 0.25) ]) bulk_configuration.setExternalPotential(external_potential) # ------------------------------------------------------------- # Calculator # ------------------------------------------------------------- #---------------------------------------- # Basis Set #---------------------------------------- basis_set = Bassani.InAs_Basis as_onsite_parameters = SlaterKosterOnsiteParameters( element=PeriodicTable.Arsenic, angular_momenta=[ 0 , 1 , 2 , 0 ], occupations=[ 1.577, 3.012, 0.204, 0.067 ], filling_method=SphericalSymmetric, ionization_potential=[ -5.9801*eV , 3.5813*eV , 12.1954*eV , 17.8411*eV ], onsite_hartree_shift=7.81664*eV, onsite_spin_split=ATK_W(PeriodicTable.Arsenic, [ "4s", "4p", "4p", "4s" ]), onsite_spin_orbit_split=[0.0,2*0.1763,0.0, 0.0]*eV, ) in_onsite_parameters = SlaterKosterOnsiteParameters( element=PeriodicTable.Indium, angular_momenta=[ 0 , 1 , 2 , 0 ], occupations=[ 1.113, 1.668, 0.300, 0.059 ], filling_method=SphericalSymmetric, ionization_potential=[ 0.3333*eV , 6.4939*eV , 12.1954*eV , 17.8411*eV ], onsite_hartree_shift=3.34624*eV, onsite_spin_split=ATK_W(PeriodicTable.Indium, ["5s", "5p", "5p", "5s"]), onsite_spin_orbit_split=[0.0,2*0.1248,0.0, 0.0]*eV ) h_onsite_parameters = SlaterKosterOnsiteParameters( element=PeriodicTable.Hydrogen, angular_momenta=[ 0 ], occupations=[ 1], filling_method=SphericalSymmetric, ionization_potential=[ 0.6*eV ], onsite_hartree_shift=ATK_U(Hydrogen, ['1s']), onsite_spin_split=[[0.0]]*eV, ) offsite_parameters = basis_set.offsiteParameters() basis_set = SlaterKosterTable( arsenic = as_onsite_parameters, indium = in_onsite_parameters, hydrogen = h_onsite_parameters, in_as_sds = offsite_parameters['in_as_sds'], in_as_pdp = offsite_parameters['in_as_pdp'], in_as_sss = offsite_parameters['in_as_sss'], in_as_pds = offsite_parameters['in_as_pds'], in_as_ddp = offsite_parameters['in_as_ddp'], as_in_pds = offsite_parameters['as_in_pds'], as_in_pdp = offsite_parameters['as_in_pdp'], in_as_dds = offsite_parameters['in_as_dds'], as_in_s1ps = offsite_parameters['as_in_s1ps'], in_as_s1ps = offsite_parameters['in_as_s1ps'], in_as_ppp = offsite_parameters['in_as_ppp'], in_as_s1s1s =offsite_parameters['in_as_s1s1s'], in_as_pps = offsite_parameters['in_as_pps'], in_as_ddd = offsite_parameters['in_as_ddd'], as_in_s1ss = offsite_parameters['as_in_s1ss'], as_in_sps = offsite_parameters['as_in_sps'], as_in_s1ds = offsite_parameters['as_in_s1ds'], in_as_s1ds = offsite_parameters['in_as_s1ds'], as_in_ss1s = offsite_parameters['as_in_ss1s'], in_as_sps = offsite_parameters['in_as_sps'], as_in_sds = offsite_parameters['as_in_sds'], h_as_sss = [(0.5*Ang, -3.5*eV), (1.0*Ang, -3.5*eV), (1.25*Ang, -3.5*eV), (1.5*Ang, -3.5*eV), (1.6*Ang, -3.5*eV), (1.7*Ang, -3.5*eV), (1.8*Ang, -3.5*eV), (1.9*Ang, -3.5*eV), (2.0*Ang, -3.5*eV), (2.1*Ang, -3.5*eV), (2.2*Ang, 0.0*eV)], h_in_sss = [(0.5*Ang, -3.5*eV), (1.0*Ang, -3.5*eV), (1.25*Ang, -3.5*eV), (1.5*Ang, -3.5*eV), (1.6*Ang, -3.5*eV), (1.7*Ang, -3.5*eV), (1.8*Ang, -3.5*eV), (1.9*Ang, -3.5*eV), (2.0*Ang, -3.5*eV), (2.1*Ang, -3.5*eV), (2.2*Ang, 0.0*eV)], h_as_sps = [(0.5*Ang, 4.5*eV), (1.0*Ang, 4.5*eV), (1.25*Ang, 4.5*eV), (1.5*Ang, 4.5*eV), (1.6*Ang, 4.5*eV), (1.7*Ang, 4.5*eV), (1.8*Ang, 4.5*eV), (1.9*Ang, 4.5*eV), (2.0*Ang, 4.5*eV), (2.1*Ang, 4.5*eV), (2.2*Ang, 0.0*eV)], h_in_sps = [(0.5*Ang, 4.5*eV), (1.0*Ang, 4.5*eV), (1.25*Ang, 4.5*eV), (1.5*Ang, 4.5*eV), (1.6*Ang, 4.5*eV), (1.7*Ang, 4.5*eV), (1.8*Ang, 4.5*eV), (1.9*Ang, 4.5*eV), (2.0*Ang, 4.5*eV), (2.1*Ang, 4.5*eV), (2.2*Ang, 0.0*eV)], )
此脚本包含两个部分的内容。第一部分将与As连接的氢的电荷修改为0.75,而与 In 连接的氢电荷修改为1.25。第二部分则定义了Slater-Koster基组和氢钝化的参数,以去除带隙中的悬挂键能级。
将脚本保存,并提交到 Job Manager进行计算。
在主窗口中选中结果文件InAs_5nm.nc
,在LabFloor中找到 DOS 和 Bandstructure 数据对象。作出 DOS 和 Bandstructure 图以确定带隙。
用如下脚本可以得到带隙的精确值 0.759 eV。
bandstructure = nlread("InAs_5nm.nc", Bandstructure)[-1] print bandstructure._directBandGap().inUnitsOf(eV)