费米维基

用户工具

站点工具

您的足迹:
atk:inas_p-i-n_结

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。

到此差别页面的链接

两侧同时换到之前的修订记录前一修订版
后一修订版		前一修订版
atk:inas_p-i-n_结 [2017/03/20 17:51] – [电子亲和性] dong.dongatk:inas_p-i-n_结 [2018/03/20 22:06] (当前版本) – liu.jun
行 82: 行 82:
 </WRAP> </WRAP>
  
-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：+将脚本用Editor打开。QuantumATK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：
  
 <code python> <code python>
行 216: 行 216:
  
 注意：增加自旋-轨道耦合可以进一步改善带隙计算的精度，然而，要小心计算量将大大增加。此处仅计算非极化的自旋态。 注意：增加自旋-轨道耦合可以进一步改善带隙计算的精度，然而，要小心计算量将大大增加。此处仅计算非极化的自旋态。
 +
 +=== InAs 片层 ===
 +
 +下一步是用MGGA计算片层（slab）模型的电子能带结构以及真空能级。计算将使用之前已经计算过的二维片层，此结构后面将用于电极构建。
 +
 +将 ''InAs_5nm.nc'' 文件中的 bulk configuration 发送到 **Scripter**， 这样之前对氢原子进行的掺杂等信息都将得到保留。
 +  * 将 Calculator 设为 ATK-DFT，选择 MGGA 交换关联泛函，使用 1x11x201 k点，以与电极设置匹配；
 +  * 在 Poisson Solver 设置中选择 multigrid solver，在 A 方向选择 Dirichlet 边界条件；
 +  * 添加 Analysis -> Bandstructure，points per segment 设为 201，bands above Fermi level 设为 50；
 +  * 添加 Analysis -> HartreeDifferencePotential；
 +  * 添加 Analysis -> ChemicalPotential；
 +  * 保存脚本，并运行计算。
 +
 +由于 A 方向设置了 Dirichlet 边界条件，因此真空处真空能级为零。我们可以使用 1D Projector来将 A 方向的 HartreeDifferencePotential 的平均值作图，并分析片层外部的电势衰减。
 +
 +{{ :atk:electrostaticdifferencepotential_2dslab_mgga.png?400 |}}
 +
 +从能带结构图中，我们可以获得能带边缘相对于费米能级（$E_F$）的数值。$CBM=0.325eV$，$VBM_0=-0.372eV$，因此带隙约为 0.697eV。
 +
 +{{ :atk:bs_slab_mgga.png?400 |}}
 +
 +最后，从费米能级的值（相对于Hartree Difference Potential中的零点）和能带边缘的位置可以计算电子亲和能。费米能级的数值可以直接从 Chemical Potential 中读取：
 +$$
 +E_F=-5.41eV, CBM=E_F + CBM_0 = -5.41 + 0.325 = -5.085eV
 +$$
 +
 +这个二维片层模型的电子亲和能为 5.09 eV，比 InAs(110) 方向的电子亲和能高出 0.5 eV。
 +
 +
  
  
行 222: 行 251:
  
 ==== 建立FET器件结构模型 ==== ==== 建立FET器件结构模型 ====
 +
 +器件模型建立自 5nm 厚的片层模型。打开 **Builder**，导入 ''InAs_5nm.py'' 结构。
 +
 +注意：如果有原子位于单胞外面，将导致电极模型错误。因此我们需要移动结构，使得所有原子都位于晶胞内部。
 +
 +为此，使用 ''Coordinate Tools'' -> ''Translate''，选中 fractional coordinates，使用 0，0，-0.15 矢量平移。这将使下一步 wrap 原子时所有氢原子都移到单胞中间。
 +
 +打开 ''Bulk Tools'' -> ''Wrap''，点击 **Apply**。所有原子都进入晶胞。
 +
 +最后，打开 ''Bulk Tools'' -> ''Center''，点击 **Apply**，将结构置于单胞中央。
 +
 +结构如下：
 +{{ :atk:inas-electrode.png?400 |}}
 +
 +我们要创建一个 60 nm 长的器件，因此这个结构要在 C 方向重复 100 次。打开 ''Bulk Tools'' -> ''Repeat''，设置 A=1，B=1，C=100，点击 **Apply**。
 +
 +=== 定义栅极 ===
 +
 +接下来我们在两侧设置 1 nm 厚的介电绝缘层，并在中间设置双栅极。
 +
 +打开 ''Miscellaneous'' -> ''Spatial Region...'':
 +  * 右单击弹出窗口的空白区域，选择 insert new spatial region；
 +  * 将其改为 dielectric，并设置介电常数为3.9。定义分数坐标 a：0.0375-0.165；b：0-1；c：0-1。
 +  * 再添加一个介电区域，介电常数为3.9.分数坐标为 a：0.8375-0.9625；b：0-1；c：0-1。
 +  * 再添加一个金属区域，电势为 0.0 Volt。分数坐标为 a：0-0.0375；b：0-1；c：0.33-0.66。
 +  * 再添加一个金属区域，电势为 0.0 Volt。分数坐标为 a：0。9625-1；b：0-1；c：0.33-0.66。
 +
 +{{ :atk:inas-spatialregions.png?400 |}}
 +
 +最后，将结构转变成器件模型：打开 ''Device Tools'' -> ''Device from Bulk...''，使用默认设置即可。
 +
 +接下来是在电极区域也添加绝缘的介电层，这个操作目前无法在图形界面上实现，因此需要使用 Editor 修改脚本。
 +
 +首先，将以下脚本放入左电极定义之后：
 +
 +<code python>
 +# Add dielectric region
 +
 +dielectric_region_0 = BoxRegion(
 +    3.9,
 +    xmin = 3.0*Ang, xmax = 13.0*Ang,
 +    ymin = 0.0*Ang, ymax = 4.28387*Ang,
 +    zmin = 0.0*Ang, zmax = 6.0583*Ang,
 +)
 +
 +dielectric_region_1 = BoxRegion(
 +    3.9,
 +    xmin = 67.0*Ang, xmax = 77.0*Ang,
 +    ymin = 0.0*Ang, ymax = 4.28387*Ang,
 +    zmin = 0.0*Ang, zmax = 6.0583*Ang,
 +)
 +
 +dielectric_regions = [dielectric_region_0, dielectric_region_1]
 +left_electrode.setDielectricRegions(dielectric_regions)
 +</code>
 +
 +再在右电极定义之后加入下面脚本：
 +
 +<code python>
 +# Add dielectric region
 +right_electrode.setDielectricRegions(dielectric_regions)
 +</code>
 +
 +将脚本发回到Builder，现在结构看上去如下图。
 +
 +{{ :atk:inas_pin_viewer.png?600 |}}
 +
 +=== 定义掺杂 ===
 +
 +在新版的 VNL 中，掺杂变得十分容易，可以直接在图形界面上实现。
 +
 +为此，我们先选定左侧三分之一区域的原子（与左电极）设置掺杂为 p 型，浓度 $10^{19}$；右侧设置为 n 型，浓度 $10^{19}$。
 +
 +  * 使用表达式选择工具比直接用鼠标拖选要方便得多。打开 ''Selection Tools'' -> ''By Expression''，输入“c<0.33”，按回车键（注意观察选定原子的情况）；
 +  * 打开 ''Miscellaneous''->''Doping''，添加一个新的掺杂区域，并设为p型，浓度为默认$10^{19}$；
 +  * 打开 ''Selection Tools'' -> ''By Expression''，输入“c>0.66”，按回车键（注意观察选定原子的情况）；（设置 underlap 结构时，输入“c>0.833”）
 +  * 打开 ''Miscellaneous''->''Doping''，添加一个新的掺杂区域，并设为n型，浓度为默认$10^{19}$。
 +
 +
 +接下来，将结构发送到 **Script Generator** 来设置计算。
 +
  
 ==== 零栅压计算 ==== ==== 零栅压计算 ====
atk/inas_p-i-n_结.1490003493.txt.gz · 最后更改: 2017/03/20 17:51 由 dong.dong

页面工具

© 2014-2022 费米科技（京ICP备14023855号）