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| atk:硅p-n结中的光电流 [2020/02/28 23:26] – [硅 p-n 结中的光电流] xie.congwei | atk:硅p-n结中的光电流 [2020/02/28 23:35] – [光电流] xie.congwei |
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| 在本教程中，您将学习如何计算照明下通过器件的光电流。我们研究的对象是一个 7.6 nm 大小的硅 p-n 结，同时也展示了 QuantumATK O-2018.06 发行版中引入的 Photocurrent Analyzer。 | 在本教程中，您将学习如何计算照明下通过器件的光电流。我们研究的对象是一个 7.6 nm 大小的硅 p-n 结，同时也展示了 QuantumATK O-2018.06 发行版中引入的 Photocurrent Analyzer。 |
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| 如 <color #00a2e8>[1]</color> 和 ATK 手册中 [[https://docs.quantumatk.com/manual/Types/Photocurrent/Photocurrent.html#NL.Analysis.Photocurrent.Photocurrent|Photocurrent]] 所述，光电流是通过将电子-声子的相互作用加到器件的哈密顿量中，采用一阶微扰理论计算得到。 | 如 <color #00a2e8>[1]</color> 和 ATK 手册中 ''[[https://docs.quantumatk.com/manual/Types/Photocurrent/Photocurrent.html#NL.Analysis.Photocurrent.Photocurrent|Photocurrent]]'' 所述，光电流是通过将电子-声子的相互作用加到器件的哈密顿量中，采用一阶微扰理论计算得到。'''' |
| ===== 器件基态 ===== | ===== 器件基态 ===== |
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| | 首先，您将执行器件的自洽计算。然后，利用基态器件哈密顿量计算和分析光电流。 |
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| | 您应该使用脚本 [[https://docs.quantumatk.com/_downloads/silicon_pn_junction.py|↓ silicon_pn_junction.py]] 运行基态计算—脚本中定义了掺杂的器件构型和合适的 NEGF 计算器。结果保存在 ''silicon pn_ju junction.hdf5'' 中。只需下载脚本，并利用 {{:atk:job_manager.png?direct&25|}} **Job manager** 运行它。计算完成后，您可以在 **LabFloor** 上看到 ''silicon pn_junction.hdf5'' 文件。计算采用 4 个 MPI 进程大约需要 20 分钟。 |
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| | 下面还提供了构建器件构型和设置 NEGF 计算的简要说明 |
| ==== 硅 p-n 结 ==== | ==== 硅 p-n 结 ==== |
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| | 7.6 nm 硅器件应包含 28 个 Si 层（76.0284 Å）和10.8612 Å 的左右电极。对于这种极短的 Si 器件，为了得到一个合理的电子结构，即在电极附近有相当平坦的带边以及从 VBM 和 CBM 到费米能级有很小的间隙，p 和 n 的掺杂水平应该都是 2*10<sup>20</sup> e/cm<sup>3</sup>。 |
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| | 如果您需要更多关于如何建立结的信息，请参阅教程 [[https://docs.quantumatk.com/tutorials/silicon_pn_junction/silicon_pn_junction.html#silicon-p-n|Silicon p-n junction]]。 |
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| | {{ :atk:si_pn_device-20200228.png?900 |}} |
| ==== NEGF 计算 ==== | ==== NEGF 计算 ==== |
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| | 提供的脚本 [[https://docs.quantumatk.com/_downloads/silicon_pn_junction.py|↓ silicon_pn_junction.py]] 中 NEGF 计算的设置如下所示。 |
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| | Basis set：//PseudoDojo// and //Low// |
| | Exchange-correlation：GGA-1/2 和 PBE |
| | k-point sampling：A 和 B 方向上的 density 为 //4 Å// |
| | Density mesh cutof：//30 Ha// |
| | Default output file：''silicon_pn_junction.hdf5'' |
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| | 使用 {{:atk:job_manager.png?direct&25|}} **Job manager** （点击 {{:atk:start.png?direct&20|}} 按钮开启计算）运行脚本。 |
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| ===== 光电流 ===== | ===== 光电流 ===== |
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| | 您现在可以准备光电流的计算了。打开 {{:atk:script_generator.png?direct&25|}} **Script Generator**，添加 {{:atk:analysis_from_file.png?direct&25|}} **Analysis from File** 模块。 |
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| | * 选择文件 ''silicon_pn_junction.hdf5'' |
| | * 确保勾选了 //DeviceConfiguration// 数据块。 |
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| | 接下来，为计算光电流，添加 {{:atk:analysis.png?direct&25|}} Analysis {{:atk:arrow.png?direct&5|}} Photocurrent 模块。设置声子能量范围为 0-5 eV 内 31 个点，k 点取样为 9 × 9。其他所有参数保持为默认值。您也可以在此处下载脚本 [[https://docs.quantumatk.com/_downloads/photocurrent.py|↓ photocurrent.py]]。将脚本发送到 {{:atk:job_manager.png?direct&25|}} J**ob manager**，保存为 ''photocurrent.py''，点击 {{:atk:start.png?direct&20|}} 按钮，运行计算。 |
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| ===== 参考 ===== | ===== 参考 ===== |
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