關(guān)于Nanoskim軟件器件摻雜的總體介紹

01 軟件簡(jiǎn)介

Nanoskim是基于Slater-Koster緊束縛勢(shì)場(chǎng)的量子輸運(yùn)仿真軟件，可以從原子層級(jí)來(lái)構(gòu)建納米器件。在非平衡條件下，通過(guò)自洽求解非平衡格林函數(shù)（Non-equilibrium Green's function, NEGF）和Poisson方程，得到納米器件的電子密度和靜電勢(shì)。從而可以充分考慮量子力學(xué)效應(yīng)（如源漏隧穿效應(yīng)、量子受限效應(yīng)、電聲耦合效應(yīng)），以及具體的原子細(xì)節(jié)（如截面形狀、雜質(zhì)位置）等。

02 器件摻雜

對(duì)于半導(dǎo)體器件，摻雜是提高器件電學(xué)性能的重要手段之一，眾多的電學(xué)特性與摻雜的雜質(zhì)濃度有關(guān)。如果在本征半導(dǎo)體中摻入某種特定雜質(zhì)，成為N型半導(dǎo)體或者P型半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性能將發(fā)生質(zhì)的變化。就能帶而言，P型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)接近于價(jià)帶，N型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)接近于導(dǎo)帶。Nanoskim是通過(guò)移動(dòng)費(fèi)米能級(jí)相對(duì)導(dǎo)帶或價(jià)帶的位置，來(lái)表示器件中的摻雜。

03 計(jì)算案例

本期以nin型Si納米線器件為例模擬器件的摻雜功能，在Device Studio軟件中一鍵執(zhí)行Nanoskim程序而進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算步驟主要包括：模型搭建—哈密頓量計(jì)算—電子能帶計(jì)算—器件摻雜。

（1）模型搭建

Si納米線單胞的結(jié)構(gòu)文件Si.xyz文件如下所示：

在Device Studio軟件中導(dǎo)入Si納米線單胞，操作如下：

Si納米線單胞添加晶格常數(shù)，并將結(jié)構(gòu)居中，操作如下：

將Si納米線單胞通過(guò)擴(kuò)胞得到Si納米線晶體，操作如下：

將Si納米線晶體轉(zhuǎn)換成器件，操作如下：

（2）哈密頓量/電子能帶計(jì)算

在Device Studio中生成哈密頓量和電子能帶計(jì)算的輸入文件，需要選擇Si的SK參數(shù)文件，操作如下：

通過(guò)右擊Hamiltonian.input輸入文件，點(diǎn)擊Run開(kāi)啟哈密頓量計(jì)算，并且在Job Manager區(qū)域可以實(shí)時(shí)觀看計(jì)算狀態(tài)。當(dāng)計(jì)算狀態(tài)為Finished時(shí)，表明哈密頓量計(jì)算完成，操作如下：

通過(guò)右擊BandStructure.input輸入文件，點(diǎn)擊Run開(kāi)啟能帶計(jì)算，并且在Job Manager區(qū)域可以實(shí)時(shí)觀看計(jì)算狀態(tài)。當(dāng)計(jì)算狀態(tài)為Finished時(shí)，表明能帶計(jì)算完成，操作如下：

能帶計(jì)算完成后，在Device Studio中可以直接可視化作圖，操作如下：

（3）器件摻雜

實(shí)現(xiàn)n-i-n型的器件摻雜，需要把電極附近的能帶向下移動(dòng)。根據(jù)計(jì)算得到的能帶結(jié)構(gòu)，在Device Studio中設(shè)置能帶移動(dòng)的數(shù)值，操作如下：

另外，還可以對(duì)器件的更多細(xì)節(jié)進(jìn)行描述，比如柵壓的位置和幾何結(jié)構(gòu)、氧化層材料和厚度、偏壓等。

以上是本期關(guān)于Nanoskim軟件器件摻雜的總體介紹，歡迎大家在鴻之微云下載試用Nanoskim軟件。后續(xù)我們將推出更多功能以及案例，敬請(qǐng)關(guān)注！

04 功能列表

01 器件摻雜

通過(guò)移動(dòng)費(fèi)米能級(jí)相對(duì)導(dǎo)帶或價(jià)帶的位置，來(lái)表示器件中的摻雜。

02 支持Slater-Koster參數(shù)做輸運(yùn)計(jì)算

可以應(yīng)用姊妹程序Nanoskif軟件所提供的Slater-Koster參數(shù)進(jìn)行電子輸運(yùn)性質(zhì)的計(jì)算。

03 支持RESCU哈密頓量做輸運(yùn)計(jì)算

基于RESCU程序的哈密頓量，采用分區(qū)或整體的方式來(lái)構(gòu)建輸運(yùn)體系的哈密頓量。這樣可以不依賴(lài) Slater-Koster 參數(shù)，并能更準(zhǔn)確地考慮界面和表面的效應(yīng)。

04 勢(shì)場(chǎng)及帶邊

可以查看某些自洽步數(shù)中的勢(shì)場(chǎng)輸入和輸出，同時(shí)可以對(duì)自洽的勢(shì)場(chǎng)生成動(dòng)畫(huà)視頻文件。

05 電荷密度分布

可以靈活選取電荷密度分布的類(lèi)型和切面方向，支持用動(dòng)畫(huà)依次顯示沿某個(gè)方向的所有切面的電荷密度分布。

06 投影態(tài)密度/局域態(tài)密度

可以模擬計(jì)算體系的投影態(tài)密度和局域態(tài)密度，并可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行能量展寬和光滑處理。

07 I-V曲線

程序可以自動(dòng)生成一系列偏壓和柵壓文件夾，可快速得到電流電壓的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。

08 電子透射譜

既可以得到有效透射譜圖，又可以得到一般透射譜圖。

09 電聲耦合

程序可以通過(guò)添加Buttiker虛擬導(dǎo)線的方式實(shí)現(xiàn)電聲耦合下的輸運(yùn)計(jì)算。

審核編輯：劉清