H摻雜Ga2O3的缺陷計(jì)算（準(zhǔn)備計(jì)算PREPARE02）

DASP (Defect and Dopant ab-initio Simulation Package)是一款半導(dǎo)體缺陷和雜質(zhì)性質(zhì)的第一性原理計(jì)算模擬軟件包，該軟件包能針對輸入的半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)，基于材料基因組數(shù)據(jù)庫和第一性原理軟件包，自動(dòng)計(jì)算并輸出半導(dǎo)體的熱力學(xué)穩(wěn)定性，缺陷和雜質(zhì)形成能及離化能級，半導(dǎo)體樣品中缺陷、雜質(zhì)和載流子濃度及費(fèi)米能級，關(guān)鍵缺陷和雜質(zhì)誘導(dǎo)的光致發(fā)光譜、載流子輻射和非輻射俘獲截面及少子壽命。

針對任一半導(dǎo)體，DASP軟件可以計(jì)算給出如下性質(zhì)：熱力學(xué)穩(wěn)定性、元素化學(xué)勢空間的穩(wěn)定范圍、缺陷（含雜質(zhì)，下同）形成能、缺陷轉(zhuǎn)變能級、各生長條件下的費(fèi)米能級、載流子和缺陷濃度、缺陷的光致發(fā)光譜、缺陷對載流子的俘獲截面、輻射和非輻射復(fù)合速率等。

本期將給大家介紹DASP HfO2的本征缺陷計(jì)算 5.3.1.2-5.3.1.3 的內(nèi)容。

5.3.1.2. 使用DASP產(chǎn)生必要輸入文件

新建目錄doping-Ga2O3，在./doping-Ga2O3/目錄內(nèi)同時(shí)準(zhǔn)備好以上的POSCAR文件與dasp.in文件，執(zhí)行dasp1，即可啟動(dòng)PREPARE模塊，此后無需額外操作。DASP會(huì)輸出1prepare.out文件記錄程序的運(yùn)行日志。

5.3.1.3. PREPARE模塊運(yùn)行流程

產(chǎn)生超胞：

首先程序?qū)⒏鶕?jù)min_atom=200和max_atom=250的參數(shù)，自動(dòng)尋找最優(yōu)的擴(kuò)胞方案（即盡量使a=b=c且a⊥b⊥c），并給出超胞的POSCAR文件。以下為Ga2O3結(jié)構(gòu)的超胞POSCAR_nearlycube：

將其拖入晶體可視化軟件，如圖所示。

DASP產(chǎn)生的Ga2O3超胞的晶體結(jié)構(gòu)。

馬德隆常數(shù)計(jì)算：

隨后程序?qū)⒏鶕?jù)產(chǎn)生的超胞文件，執(zhí)行馬德隆常數(shù)的計(jì)算，用來描述點(diǎn)電荷與均勻背景電荷的庫倫相互作用。（用于Lany-Zunger修正）

以上兩步計(jì)算完成，可觀察1prepare.out的輸出如下：

HSE交換參數(shù)計(jì)算：

程序?qū)⒏鶕?jù)產(chǎn)生的超胞文件，先做AEXX=0.25和AEXX=0.3的HSE靜態(tài)計(jì)算，從而根據(jù)斜率確定匹配Eg_real = 4.9的AEXX值，若AEXX=0.25或AEXX=0.3時(shí)帶隙值與設(shè)置參數(shù)一致，則不會(huì)進(jìn)行后續(xù)AEXX計(jì)算。因此，待計(jì)算完成后，可見doping-Ga2O3/dec/AEXX/目錄內(nèi)如下：

這表明當(dāng)AEXX = 0.33（保留兩位小數(shù)）時(shí)，Ga2O3超胞的帶隙值為4.9 eV，將參數(shù)寫入INCAR。同時(shí)從1prepare.out可以看到如下日志：

host超胞原子位置的優(yōu)化：

PREPARE模塊最后一步將根據(jù)level=2（即PBE優(yōu)化）優(yōu)化超胞內(nèi)所有的原子位置，并在dec目錄下產(chǎn)生最終的結(jié)構(gòu)文件POSCAR_final。優(yōu)化計(jì)算可見doping-Ga2O3/dec/relax目錄。同時(shí)也可以在1prepare.out可以DASP運(yùn)行結(jié)束的標(biāo)志，并告訴我們下一步需要做TSC模塊的計(jì)算。

審核編輯 ：李倩