概述 微电子学是当今对我们的日常生活有着重要影响的技术，尤其是在通讯、计算、消费电子、健康、运输、环境和安全领域。微电子学的持续发展离不开TCAD等模拟工具，TCAD在纳米尺度的电子器件领域的广泛应用节约了大量的开发成本和实现市场化的时间。 随着半导体器件特征尺度的小到纳米级别，对相关材料与器件进行基于量子力学的原子级别模拟显得越来越重要。这为传统的基于量子力学的材料模拟方法提出了很多的挑战，QuantumATK从建模工具、计算方法、分析工具等完整的模拟平台入手，致力于解决这些问题，为半导体器件的模拟提供有效、可靠、快捷的工具，特别双极器件模型的引入可以直接研究诸如pn结等复杂异质结构的各种性质。 半导体材料性质的模拟     掺杂模型 QuantumATK中可以使用补偿电荷法对指定区域进行指定浓度的掺杂，更好的模拟半导体材料中的低浓度掺杂，可以更方便的研究不同复杂异质结。 对器件进行模拟 直接模拟器件无疑是半导体材料的模拟非常吸引人的方向。QuantumATK中成熟的双电极器件模型（Two-probe device model）和非平衡态格林函数方法（Non-Equilibrium Green’s Fucntion, NEGF）是研究器件在偏压下的电子输运性质的有力工具。 在双电极器件模型的基础上，QuantumATK还可以使用高级的静电势模型，在器件区域增加具有指定介电常数的绝缘区域和具有特定电压的金属区域，用于模拟FET器件。 可研究的体系尺度 传统的原子级别的DFT计算通常只能模拟数百原子的体系，这离目前实验上能达到的器件加工能达到的最小尺度尚有一段距离。QuantumATK中的DFT方法具有更高的计算速度和效率，可以研究数千原子级别的体系；同时SE方法使用DFTB等参数化的哈密顿量方法，可以更快更好的计算万原子级别的体系，这使得模拟接近实验中的几十纳米尺度的体系成为可能。 目前文章中报道的使用 QuantumATK 研究的最大器件体系约有2400个原子（2015年）；右图显示用 ATK-SemiEmpirical 研究受限的InAs器件结构（含5200个原子）。结构中还包含中央区域的 20nm 长的栅极，并进行了掺杂。 能带对齐（band alignment） QuantumATK支持直接对界面等复杂体系进行局域投影态密度的计算，可以十分方便的作出不同区域的能带对齐情况，研究指定位置的态密度。由于在QuantumATK中可以使用器件模型直接对真正的界面结构进行计算，因此可以避免普通块体材料计算的Slab模型带来的种种问题。 发表的文章实例 基于DFT+NEGF方法研究金属-半导体界面 预印文章：General atomistic approach for modeling metal-semiconductor interfaces using density functional theory and non-equilibrium Green’s function http://arxiv.org/abs/1601.04651） 更多发表的文章参见【文章列表】。 相关的实例教程 硅p-n结 使用补偿电荷的方法对半导体材料的不同区域进行p型或n型掺杂 使用DFT或SE理论方法进行伏安特性计算 使用Projected Local DOS方法计算pn结的能带情况（右图） 计算非零偏压下的电子态和输运性质 […]

概述 材料的表面态、表面化学等在拓扑绝缘体、催化等热门领域里都占据着决定性的位置。与其他的周期性模型程序类似，QuantumATK 也可以用传统的 Slab 模型来描述表面体系，但Slab模型有很大的缺陷和局限： Slab 最大的不足是无法模拟实际表面下方通常是无限大的块体材料; 由于厚度有限，Slab 中的电子容易体现出量子限制的效应； 两个表面之间、表面与界面之间存在相互影响； 很难正确的在表面方向模拟外加电场； 经常需要表面钝化、偶极校正等额外补救措施。 单电极表面（One-probe surface）模型（或半无限表面模型） 为此，QuantumATK 基于 DFT 和格林函数方法方法开发了真正可以模拟半无限表面体系的模型，即将一个表面 Slab 模型耦合于半无限的块体结构上（见下图）。 详细介绍参见：QuantumATK独有的新功能：非平衡态格林函数方法研究半无限表面模型。 使用QuantumATK研究表面体系的优势 通用、高效的计算引擎 QuantumATK 计算基于第一性原理，因此可以用于研究全新材料的各种性质，例如： 传统金属-半导体界面 高k介电材料 金属、半导体纳米线 纳米管、金属纳米管接触 原子簇 等等 QuantumATK 中使用局域基组展开方法，尤其适用于研究局域化缺陷（杂质、空位等），ATK-DFT计算引擎可以计算千原子级别的体系的性质。ATK-SemiEmpirical 则可以计算更大的体系。 NanoLab高级图形用户界面：专注于研究，更快获得结果 NanoLab 图形用户界面丰富易用的功能可以让用户专注于研究项目的科学问题，专心思考科学问题，更快的发现新材料、创建新结构，避免在数据的导入、导出、处理、作图等琐碎的问题上浪费时间。NanoLab 可以： 方便快捷的材料表面建模工具 强大的材料界面结构建模工具 最合理的界面结构优化方法 快速构建各种结构模型 内嵌晶体结构数据库 搜索在线晶体结构数据 亮点文章 路易斯酸碱化学实现二维金属硫化物的表面功能化（Nature Nanotechnology, 2016）（原文链接：doi:10.1038/nnano.2015.323） 非平衡态格林函数方法研究半无限表面模型（https://arxiv.org/abs/1707.02141） 拓扑绝缘体的表面态 二维材料的边缘态   实例教程 表面结构与吸附 表面分子吸附体系建模：中文教程、英文教程 […]