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atk:inas_p-i-n_结 [2017/03/20 23:08] – [电子亲和能] dong.dong | atk:inas_p-i-n_结 [2018/03/20 22:06] (当前版本) – liu.jun | ||
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- | 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 '' | + | 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 '' |
<code python> | <code python> | ||
行 219: | 行 219: | ||
=== InAs 片层 === | === 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。 | + | 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 '' | ||
+ | * 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。 | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | 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。 | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | 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: | ||
+ | $$ | ||
+ | E_F=-5.41eV, | ||
+ | $$ | ||
+ | |||
+ | 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 226: | 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 '' | ||
+ | |||
+ | 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 '' | ||
+ | |||
+ | 打开 '' | ||
+ | |||
+ | 最后,打开 '' | ||
+ | |||
+ | 结构如下: | ||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | 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 '' | ||
+ | |||
+ | === 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 '' | ||
+ | * 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。 | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | 最后,将结构转变成器件模型:打开 '' | ||
+ | |||
+ | 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, | ||
+ | left_electrode.setDielectricRegions(dielectric_regions) | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | 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) | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | 将脚本发回到Builder,现在结构看上去如下图。 | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | === 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 '' | ||
+ | * 打开 '' | ||
+ | * 打开 '' | ||
+ | * 打开 '' | ||
+ | |||
+ | |||
+ | 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 ==== |