这里会显示出您选择的修订版和当前版本之间的差别。
两侧同时换到之前的修订记录前一修订版后一修订版 | 前一修订版后一修订版两侧同时换到之后的修订记录 | ||
atk:nis2-si界面 [2016/08/13 11:09] – [电子差异密度(掺杂-未掺杂)] dong.dong | atk:nis2-si界面 [2016/12/08 11:09] – [NiSi2-Si界面] dong.dong | ||
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行 6: | 行 6: | ||
* 利用 VNL,分析结构的电学性质、电子密度和态密度。 | * 利用 VNL,分析结构的电学性质、电子密度和态密度。 | ||
+ | <WRAP center info 100%> | ||
+ | === 提示 === | ||
+ | **本教程使用特定版本的VNL-ATK创建,因此涉及的截图和脚本参数可能与您实际使用的版本略有区别,请在学习时务必注意。** | ||
+ | </ | ||
===== 构建一个NiSi2-Si器件 ===== | ===== 构建一个NiSi2-Si器件 ===== | ||
行 253: | 行 256: | ||
在这篇教程中,我们分析两种DOS。 | 在这篇教程中,我们分析两种DOS。 | ||
- | **Projected Local Density Of States** | + | === Projected Local Density Of States |
- | 1.从**LabFloor**处选择未掺杂器件的Projected Local Density Of States | ||
- | 2.点击**Projected Local Density Of States** | + | |
+ | * 点击 **Projected Local Density Of States** | ||
{{ : | {{ : | ||
- | |||
将会得到下图: | 将会得到下图: | ||
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- | + | 横坐标为沿 c 方向中心区域的笛卡尔坐标。界面位于 27 Å。纵坐标为相对费米能的能量。颜色表征 DOS 的大小。 | |
- | 横坐标为沿c方向中心区域的笛卡尔坐标。界面位于27 Å。纵坐标为相对费米能的能量。颜色表征DOS的大小。 | + | |
从图中可以明显看出: | 从图中可以明显看出: | ||
- | | + | |
- | * 右侧是有带隙的半导体,为未掺杂的Si; | + | * 右侧是有带隙的半导体,为未掺杂的 Si; |
- | * 在硅原子区域内,在金属与半导体接触处,有一个较宽的带隙区域,称之为metal-induced gap states(MIGS) | + | * 在硅原子区域内,在金属与半导体接触处,有一个较宽的带隙区域,称之为 metal-induced gap states(MIGS) |
+ | *利用相同的方法,计算n型掺杂的local DOS。 | ||
- | 3.利用相同的方法,计算n型掺杂的local DOS。 | ||
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+ | |||
从图中可以看出,由于掺杂,费米能级位于带隙的顶部。 | 从图中可以看出,由于掺杂,费米能级位于带隙的顶部。 | ||
- | ** Device Density Of States** | + | === Device Density Of States |
利用DDOS可以分析制定到原子的态密度。 | 利用DDOS可以分析制定到原子的态密度。 | ||
- | 1.在**LabFoor**选择Device Density Of States。 | + | * 在 **LabFoor** 选择Device Density Of States。 |
- | + | | |
- | 2.点击**2D Plot**,将会弹出2D Plot窗口。 | + | |
- | + | ||
- | 3.在3D结构中,选择表面接触的几个原子,将会绘制出DOS图。 | + | |
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- | |||
2D图表征了选中原子的DOS。从图中可以看出费米能级附近MIGS的存在。 | 2D图表征了选中原子的DOS。从图中可以看出费米能级附近MIGS的存在。 | ||
- | + | * 选择靠近电极处的硅原子: | |
- | 4.选择靠近电极处的硅原子: | + | |
{{ : | {{ : | ||
行 300: | 行 296: | ||
==== 设置IV计算参数 ==== | ==== 设置IV计算参数 ==== | ||
- | 1.发送结构至** Script Generator **,并添加一下内容: | + | * 发送结构至** Script Generator **,并添加一下内容: |
- | * **New Calculator**:设置0V参数 | + | * **New Calculator**:设置0V参数 |
- | * **IVcurve**:如图设置参数: | + | * **IVcurve**:如图设置参数: |
{{ : | {{ : | ||
行 315: | 行 311: | ||
<WRAP center round important 100%> | <WRAP center round important 100%> | ||
- | **警告** 能量范围对于计算IV曲线非常重要,详情见[[http:// | + | **警告** 能量范围对于计算IV曲线非常重要,详情见本教程的其他部分。 |
</ | </ | ||
- | * K点:k点区域将会用来计算透射谱。它必须针对透射。一般情况下,对应在自洽部分中所使用的部分,一个更好的k点采样是必要的。 | + | * k点:k点取值用来计算透射谱,仅针对透射。一般情况下,计算透射的k点比在自洽计算中所使用的要更些。 |
<WRAP center round important 100%> | <WRAP center round important 100%> | ||
- | **警告** K点的取值将会影响到电流!在本教程中,我们选择$13\times13$,使透射谱收敛,具体见[[http:// | + | **警告** K点的取值将会影响到电流!在本教程中,我们选择$13 \times 13$,使透射谱收敛,具体见本教程的相应部分。 |
</ | </ | ||
- | * IO file name: 如果要计算多条电流曲线,改变默认的文件名。这个文件将会包含所有的结构。正如手册[[http:// | + | * IO file name: 如果要计算多条电流曲线,改变默认的文件名。这个文件将会包含所有的结构信息。正如本教程的相应部分,可以用这个文件进行以下计算: |
* 重新计算所有内容,或者计算不同参数的透射谱(k点、能量范围等) | * 重新计算所有内容,或者计算不同参数的透射谱(k点、能量范围等) | ||
行 330: | 行 326: | ||
* 拓展偏压范围 | * 拓展偏压范围 | ||
- | 2.一旦设定好所有参数,将脚本发送至**Job Manager**,运行计算。这个计算在调用4个进程的条件下,将会持续10个小时。 | + | * 设定好所有参数后,将脚本发送至 **Job Manager**,即可运行计算。这个计算在 4 个进程并行的条件下耗时 |
==== 透射谱收敛 ==== | ==== 透射谱收敛 ==== | ||
行 336: | 行 332: | ||
两个重要参数将会影响透射的收敛: | 两个重要参数将会影响透射的收敛: | ||
* 能量点数:这个参数可以用来协调计算精度和所需要的计算资源。理想情况下,透射谱的范围应该至少覆盖偏压范围。本篇教程中,至少应该在0.1eV~0.4eV之间。但是更大的对称区域将会更安全。 | * 能量点数:这个参数可以用来协调计算精度和所需要的计算资源。理想情况下,透射谱的范围应该至少覆盖偏压范围。本篇教程中,至少应该在0.1eV~0.4eV之间。但是更大的对称区域将会更安全。 | ||
- | * K点:这个参数对透射谱一样有着重要的作用。正如之前提到的,我们需要设置比DFT计算更大的k点,因为计算格林函数比计算电子密度的傅里叶变换更依赖于k点的设置。下图绘制了对于n型掺杂,掺杂浓度为$10^{20}cm^{-3}$,负偏压下,电流随k点取值不同的变化情况。一般来说,需要考虑足够的k点才能使得电流在偏压窗口内收敛。 | + | * K点:这个参数对透射谱一样有着重要的作用。正如之前提到的,我们需要设置比DFT计算更大的k点,因为计算格林函数比计算电子密度的傅里叶变换更依赖于k点的设置。下图绘制了对于n型掺杂,掺杂浓度为$10^{20}cm^{-3}$,在负偏压下,电流随k点取值不同的变化情况。一般来说,需要考虑足够的k点才能使得电流在偏压窗口内收敛。 |
{{ : | {{ : | ||
行 343: | 行 339: | ||
<WRAP center round important 100%> | <WRAP center round important 100%> | ||
- | **警告** 这是针对掺杂浓度为$10^{20}cm^{-3}$,n型掺杂的评估,对于浓度为$10^{19}cm^{-3}$的评估,需要另外计算。 | + | === 警告 |
+ | 这是针对掺杂浓度为$10^{20}cm^{-3}$的n型掺杂的评估,对于浓度为$10^{19}cm^{-3}$的评估,需要另外计算。 | ||
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==== 电流分析 ==== | ==== 电流分析 ==== | ||
- | 等到IV曲线计算完了之后,我们可以在**LabFloor**面板处找看到。 | + | 等到 IV 曲线计算完了之后,我们可以在 **LabFloor** 面板处找看到。 |
- | * 选择**IVCurve**,点击**IV-Plot**. | + | * 选择 **IVCurve**,点击 **IV-Plot**. |
- | * 我们将会在IV-Plot窗口中看到IV曲线。点击Additional Plots,我们将会得到dI/ | + | * 我们将会在 IV-Plot 窗口中看到 IV 曲线。点击 Additional Plots,我们将会得到 dI/ |
{{ : | {{ : | ||
<WRAP center round tip 100%> | <WRAP center round tip 100%> | ||
- | **重点** | + | === 重点 |
谱电流由以下公式给出: | 谱电流由以下公式给出: | ||
- | $I(E)=e/ | + | $$I(E)=e/ |
- | 这是综合给定偏压下的数据。这将很好地处理非零偏压下,估算光电流透射谱所需的能量范围。可以参考手册[[http:// | + | 这是综合给定偏压下的数据。这将很好地处理非零偏压下,估算谱电流透射谱所需的能量范围。可以参考手册[[http:// |
</ | </ | ||
<WRAP center round info 100%> | <WRAP center round info 100%> | ||
- | **注意** | + | === 注意 |
我们可以在图片任意位置右键导出数据,方便我们后期处理。 | 我们可以在图片任意位置右键导出数据,方便我们后期处理。 | ||
</ | </ | ||
行 371: | 行 368: | ||
==== 单自洽结构的分析 ==== | ==== 单自洽结构的分析 ==== | ||
- | 1.选择一个自洽结构,点开**General info**。在面板中,我们可以看到自洽结构的数据。一旦确定需要的结构文件,我们就可以进行设置脚本了 | + | 1.选择一个自洽结构,点开 **General info**。在面板中,我们可以看到自洽结构的数据。一旦确定需要的结构文件,我们就可以进行设置脚本了 |
{{ : | {{ : | ||
- | 2.转到**Script Genera**窗口,添加**Analysis from File **模块 | + | 2.转到 **Script Genera** 窗口,添加 **Analysis from File ** 模块 |
- | 3.双击** Analysis from File **,在弹出的窗口中插入NC文件,和自洽结构的Object ID。 | + | 3.双击 ** Analysis from File **,在弹出的窗口中插入 NC 文件,和自洽结构的 Object ID。 |
{{ : | {{ : | ||
- | 4.添加所要分析的模块,并设置相应参数。发送脚本至**Job Manager**。 | + | 4.添加所要分析的模块,并设置相应参数。发送脚本至 **Job Manager**。 |
==== 多个自洽结构分析 ==== | ==== 多个自洽结构分析 ==== | ||
- | 这里我们将会展示如何利用自洽结构文件,计算不同偏压下的EDP。 | + | 这里我们将会展示如何利用自洽结构文件,计算不同偏压下的 EDP。 |
- | 1.利用**General info**确认需要的自洽结构文件。 | + | 1.利用 **General info** 确认需要的自洽结构文件。 |
- | 2.利用提供的脚本([[http:// | + | 2.利用提供的脚本(loop.py),分析多个自洽结构。在脚本里 id_list 输入需要计算的自洽结构的 Object IDs。 |
- | <code python> | + | <file python |
id_list = [ | id_list = [ | ||
' | ' | ||
行 408: | 行 405: | ||
| | ||
- | </code> | + | </file> |
3.发送脚本至**Job Manager**,并运行计算。 | 3.发送脚本至**Job Manager**,并运行计算。 | ||
行 414: | 行 411: | ||
==== 分析IV曲线 ==== | ==== 分析IV曲线 ==== | ||
- | 在这一部分,我们将会分析几个不同偏压下的EDP和-0.3V与0.3V下的LDOS。我们可以模仿上面介绍的步骤进行计算,同时也可以下载脚本:[[http:// | + | 在这一部分,我们将会分析几个不同偏压下的 EDP 和 -0.3V 与 0.3V 下的 LDOS。我们可以模仿上面介绍的步骤进行计算,同时也可以下载脚本:[[http:// |
得到的电流曲线可以分为两个区域:“Forward Bias”($V_{bias}> | 得到的电流曲线可以分为两个区域:“Forward Bias”($V_{bias}> | ||
{{ : | {{ : | ||
- | 从图中可以看出,反向偏压电流低于正向偏压电流。这可以利用LDOS进行解释。 | + | 从图中可以看出,反向偏压电流低于正向偏压电流。这可以利用 LDOS 进行解释。 |
- | 下图为在-0.3eV下的LDOS。 | + | 下图为在 -0.3eV 下的 LDOS。 |
{{ : | {{ : | ||
- | 在反向偏压条件下,左电极的化学势高于右电极的化学势。因此,此处将会有一个从左电极到右电极的电子净流动,导致电流有一个反向传播。但是由于阻挡层的存在,电子在界面交界处不得不越过一个势垒,导致了电流非常低。 | + | 在反向偏压条件下,左电极的化学势高于右电极的化学势。因此,此处将会有一个从左电极到右电极的电子净流动,导致反向电流。但是由于阻挡层的存在,电子在界面交界处必须越过一个势垒,因此电流非常低。 |
- | 接下来我们计算了0.3V下的LDOS。 | + | 接下来我们计算了 0.3V 下的 LDOS。 |
{{ : | {{ : | ||
- | 在正向偏压条件下,我们可以看出右电极的化学势要高于左电极。因此,此处将会有一个从右电极到左电极的电子净流动,导致电流有一个反向传播。然而,在不同于反向偏压,此处电子不需要越过任何势垒,因此电流比较高。 | + | 在正向偏压条件下,我们可以看出右电极的化学势要高于左电极。因此,此处将会有一个从右电极到左电极的电子净流动,导致正向电流。然而,在不同于反向偏压,此处电子不需要越过任何势垒,因此电流比较高。 |
最后,在下图中,我们计算了不同偏压下,较长n型掺杂器件沿C方向的EDP: | 最后,在下图中,我们计算了不同偏压下,较长n型掺杂器件沿C方向的EDP: | ||
行 434: | 行 431: | ||
<WRAP center round important 100%> | <WRAP center round important 100%> | ||
- | **警告** | + | === 警告 |
在上图中,EDP与$(\mu_L+\mu_R)/ | 在上图中,EDP与$(\mu_L+\mu_R)/ | ||
</ | </ | ||
行 442: | 行 439: | ||
===== 参考文献 ===== | ===== 参考文献 ===== | ||
- | [bKP05] E. Kasper and D. J. Paul. Silicon Quantum Integrated Circuits. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. doi: | + | * [bKP05] E. Kasper and D. J. Paul. Silicon Quantum Integrated Circuits. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. doi: |
+ | * 中文翻译:闫强 | ||