非平衡态格林函数方法计算引擎

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概述

非平衡态格林函数(NEGF)方法,是研究具有开放边界条件的双端半无限电极电极模型的有力工具,现已经成为在原子尺度上模拟器件体系电子输运性质的标准工具。该方法将 DFT-LCAO 或 SemiEmpirical方法与 NEGF 方法结合进行自洽计算,得到器件体系在非平衡态(非零偏压)下的电子态,并由此得到电子在器件散射区的透射概率谱,进而分析电子输运性质。

  • NEGF方法研究双电极体系
    • 非平衡态格林函数(NEGF)描述散射区电子分布,包括与两个半无限电极(源漏电极)的自能耦合
    • 开放边界条件(Dirichlet/Dirichlet)允许在源漏之间施加有限偏压,并计算伏安特性(IV 曲线)
    • 包括电极电子态混入器件区域对电子密度和矩阵元的贡献
    • 对开放体系使用电子自由能取代总能
    • 可以处理两端不同的电极(允许研究孤立的界面,例如金属-半导体界面、p-n 结)
    • 可以添加静电栅极,研究晶体管特性
  • NEGF 方法研究单表面体系
    • NEGF 方法描述表面层,包含与单个半无限基底耦合的自能项(不使用近似的 slab 模型,对表面的描述更接近物理实质)
    • 无限基底和表面上方的真空分别使用合适的边界条件,可以进行表面非零偏压的计算
  • 计算性能和稳定性选项
    • 非平衡态(有限电压)下的散射态方法快速求算 Contour 积分
    • O(N) 格林函数计算和稀疏矩阵描述中心区域
    • 双、单半圆 contour 积分方法以获得有限偏压下的最大的稳定性
    • Ozaki contour 积分方法,包含深能级
    • 稀疏自能矩阵方法,节约内存
    • 可选择将自能临时或者永久保存在硬盘(而不是RAM),供其他计算使用
    • 自适应(非常规)k点积分计算透射系数
    • 最小电极概念
      • 电极缩减到最小重复单元,计算自能时自动重复
      • 节约电极计算时间O(N3)

应用

参考


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