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atk:nis2-si界面 [2016/08/13 11:21] – [态密度（DOS）分析] dong.dongatk:nis2-si界面 [2018/03/20 18:44] – liu.jun
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QuantumATK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。** 
 +</WRAP>
 ===== 构建一个NiSi2-Si器件 ===== ===== 构建一个NiSi2-Si器件 =====
  
行 293: 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：
 {{ :atk:n_21.png?400 |}} {{ :atk:n_21.png?400 |}}
  
行 308: 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://docs.quantumwise.com/tutorials/nisi2-si.html#nisi2-si-2|]]和[[http://docs.quantumwise.com/tutorials/nisi2-si.html#nisi2-si-5 |]]部分。+**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。
 </WRAP> </WRAP>
  
-  * 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://docs.quantumwise.com/tutorials/nisi2-si.html#nisi2-si-2|]]部分。+**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。
 </WRAP> </WRAP>
  
-  * 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://docs.quantumwise.com/tutorials/nisi2-si.html#nisi2-si-4|]]部分，可以用这个文件进行：+  * 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 323: 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 10 个小时。
  
 ==== 透射谱收敛 ==== ==== 透射谱收敛 ====
行 329: 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。
  
 {{ :atk:n_22.png?400 |}} {{ :atk:n_22.png?400 |}}
行 336: 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。
 </WRAP> </WRAP>
  
 ==== 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/dV、透射谱、谱电流的图像。+  * 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/dV、透射谱、谱电流的图像。
  
 {{ :atk:n_24.png?400 |}} {{ :atk:n_24.png?400 |}}
  
 <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：
-$I(E)=e/h[T(E,\mu_R,\mu_L)(f(E-\mu_R)/(k_BT_R)-f(E-\mu_L)/(k_BT_L))]$ +$$I(E)=e/h[T(E,\mu_R,\mu_L)(f(E-\mu_R)/(k_BT_R)-f(E-\mu_L)/(k_BT_L))]$$ 
-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://quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html/ref.transmissionspectrum.html|TransmissionSpectrum]]查看ATK是如何计算电流的。+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://quantumwise.com/documents/manuals/latest/ReferenceManual/index.html/ref.transmissionspectrum.html|TransmissionSpectrum]]查看QuantumATK是如何计算电流的。
 </WRAP> </WRAP>
  
 <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。
 </WRAP> </WRAP>
行 364: 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
 {{ :atk:n_25.png?400 |}} {{ :atk:n_25.png?400 |}}
  
-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。
 {{ :atk:n_26.png?400 |}} {{ :atk:n_26.png?400 |}}
  
-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://docs.quantumwise.com/_downloads/loop.py|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。+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 loop.py>
 id_list = [ id_list = [
       'ivcurve000',       'ivcurve000',
行 401: 行 405:
    nlsave('analysis.nc', electrostatic_difference_potential)    nlsave('analysis.nc', electrostatic_difference_potential)
  
-</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 407: 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://docs.quantumwise.com/_downloads/l_ndoped_e19_EDP.py|l_ndoped_e19_EDP.py]]，[[http://docs.quantumwise.com/_downloads/l_ndoped_e19_DDOS.py|l_ndoped_e19_DDOS.py]]。+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://docs.quantumwise.com/_downloads/l_ndoped_e19_EDP.py|l_ndoped_e19_EDP.py]]，[[http://docs.quantumwise.com/_downloads/l_ndoped_e19_DDOS.py|l_ndoped_e19_DDOS.py]]。
 得到的电流曲线可以分为两个区域：“Forward Bias”（$V_{bias}>0V$）以及“Reverse Bias” （$V_{bias}<0V$）。 得到的电流曲线可以分为两个区域：“Forward Bias”（$V_{bias}>0V$）以及“Reverse Bias” （$V_{bias}<0V$）。
  
 {{ :atk:n_29_modified.png?400 |}} {{ :atk:n_29_modified.png?400 |}}
  
-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。
 {{ :atk:ldos_reverse_modified.png?400 |}} {{ :atk:ldos_reverse_modified.png?400 |}}
  
-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。
 {{ :atk:ldos_forward_modified.png?400 |}} {{ :atk:ldos_forward_modified.png?400 |}}
-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 427: 行 431:
  
 <WRAP center round important 100%> <WRAP center round important 100%>
-**警告**+=== 警告 ===
 在上图中，EDP与$(\mu_L+\mu_R)/2$有关，这是在计算中默认的定义。为了更直观，我们需要绘制一个和$\mu_L$相关的EDP。 在上图中，EDP与$(\mu_L+\mu_R)/2$有关，这是在计算中默认的定义。为了更直观，我们需要绘制一个和$\mu_L$相关的EDP。
 </WRAP> </WRAP>
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 ===== 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:10.1007/b137494. （中文翻译：闫强）+  * [bKP05] E. Kasper and D. J. Paul. Silicon Quantum Integrated Circuits. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. doi:10.1007/b137494.  
 +  * 中文翻译：闫强
  
  

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