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别告诉我你还在那样算掺杂……
发布时间:2017-11-02  发布人:xiuxiuli

目前大家都在用DFT来研究材料中的掺杂问题,常规的DFT在计算氧化锌等材料的掺杂时主要遇到如下问题:

(1)怎样获得准确的半导体电子结构;

(2)如何准确计算杂质的能级;

(3)如何处理低浓度的掺杂问题。

为此人们发展了很多方法,比如DFT+U等方法,但是这里的U也不是随便加的,需要一定的经验才行。那么如何在不使用上述方法的情况下准确地计算出掺杂体系的能带结构,是各个领域科研工作者极为关注的话题。

今天小编就给大家介绍一款计算材料与器件掺杂的神器——Nanodsim,下面就随小编来欣赏一下Nanodsim发表的成果吧!

 

Nanodsim亮点文章:ZnO及异质结电子结构的准确预测

Nanodsim介绍】

Nanodsim是一款基于DFT-NEGF-LMTO-NECPA方法的计算程序,可用于低浓度掺杂体系电子结构及其输运性质的研究。Nanodsim软件使用的半局域交换势,可以准确的计算诸多重要半导体的能隙和色散关系。

【引言】

以氧化锌(ZnO)等为代表的第三代半导体材料是近年来迅速发展起来的新型半导体材料,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高及抗辐射能力强的优点,在电子学和光电子学等领域具有广泛用途。

电子器件发展到纳米尺度后,传统基于经验和经典理论的器件设计方法临诸多困难,即便是第一性原理方法,在设计新兴电子器件时,也存在诸多基本问题:(1)怎样获得准确的半导体电子结构;(2)如何准确计算杂质的能级;(3)如何处理低浓度的掺杂问题。

基于掺杂ZnO及其异质结在光电器件的应用,本文中采用MBJ-NECPA方法,通过对ZnO杂质能级,能带工程,异质结能带偏移的研究,探索解决上述基本问题的途径,并解决目前ZnO材料中存在的实际问题。

 

【成果简介】

 

图a.VASP和NANODSIM分别计算的ZnO能带图;

图b.MBJ方法计算的ZnO能带图,带隙3.37 eV;

图c.CPA方法计算的Zn0.85Mg0.15O能带图,带隙3.7 eV;

图d.Zn0.85Cd0.15O能带图,带隙3.07 eV.

 

 

三元合金Zn1−xMxO带隙随掺杂组分的变化

 

 

     ZnO/Zn1−xMgxO异质结的能带偏移      ZnO/Zn1−xCdxO异质结的能带偏移

 

图a.ZnO/Zn0.85Mg0.15O异质结的局域态密度;

图b. ZnO/Zn0.85Cd0.15O异质结的局域态密度。

 

【总结】

通过使用MBJ-NECPA的方法,在准确计算ZnO带隙的基础上,对ZnO能带工程,P型掺杂的受主能级位置及异质结能带偏移进行研究。该方法可应用到其它半导体材料的电子结构及输运性质的计算,从而更好地设计光电子材料。

 

【原文链接】

Yin H, Chen J, Wang Y, et al. Composition dependent band offsets of ZnO and its ternary alloys[J]. Scientific Reports, 2017, 7: 41567.

 

 

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