ZnGeP2的本征缺陷計算之DEC模塊運行流程

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，自動計算并輸出半導(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 ZnGeP2的本征缺陷計算 5.4.3-5.4.3.2 的內(nèi)容。

5.4.3. 缺陷形成能和轉(zhuǎn)變能級計算DEC

5.4.3.1. 運行DEC模塊

在上一步使用命令dasp2執(zhí)行TSC模塊時，會生成ZnGeP2/tsc目錄，并在該目錄中產(chǎn)生2tsc.out文件。等待程序執(zhí)行完畢，2tsc.out有相應(yīng)的完成標(biāo)志。打開ZnGeP2/dasp.in，確認(rèn)化學(xué)勢已被程序自動輸入。

確認(rèn)TSC模塊完成后，回到ZnGeP2目錄，使用命令dasp3執(zhí)行DEC模塊。DEC模塊會在第一步已經(jīng)生成的dec目錄中繼續(xù)輸出相關(guān)文件，包括缺陷結(jié)構(gòu)，缺陷計算目錄，以及運行日志文件3dec.out。等待程序完成期間無需額外操作。

5.4.3.2. DEC模塊運行流程

產(chǎn)生缺陷結(jié)構(gòu)：

為計算得到材料的缺陷性質(zhì)，程序?qū)⒏鶕?jù)用戶在dasp.in中設(shè)置需要計算的缺陷類型生成相應(yīng)的計算目錄以及電中性的缺陷構(gòu)型。

從文件3dec.out中可以看到如下日志：

產(chǎn)生的各類缺陷結(jié)構(gòu)中，部分反位缺陷與可能的間隙位如下圖所示：

ZnGeP2超胞部分缺陷結(jié)構(gòu)示意圖

提交各缺陷q=0計算任務(wù)：

在建立好各類型的電中性缺陷計算目錄與構(gòu)型后，程序?qū)⒆詣友a充第一性原理計算所需文件并依次提交計算任務(wù)，并使得同時計算的任務(wù)數(shù)不超過dasp.in中參數(shù)max_job的值。從文件3dec.out中可以看到如下日志：

產(chǎn)生帶電缺陷的計算目錄：

在中性缺陷計算完成后，程序?qū)⑴袛喔魅毕菘赡艿碾婋x態(tài)數(shù)量，并進一步生成各電離態(tài)的計算目錄與缺陷構(gòu)型。

提交各缺陷q≠0的計算任務(wù)：

在建立好各類型的電離態(tài)缺陷計算目錄與構(gòu)型后，程序?qū)⒆詣友a充第一性原理計算所需文件并依次提交計算任務(wù)，并使得同時計算的任務(wù)數(shù)不超過dasp.in中參數(shù)max_job的值。從文件3dec.out中可以看到如下日志：

計算帶電缺陷的修正：

在各類型的電離態(tài)缺陷計算完成后，程序?qū)⒂嬎愀黝愋腿毕莸男纬赡?、各電離態(tài)的轉(zhuǎn)變能級，在日志文件3dec.out中記錄有各類缺陷在不同化學(xué)勢情況下的形成能、能帶對齊和鏡像電荷修正項（LZ/FNV），以及不同電離態(tài)的轉(zhuǎn)變能級。dasp.in文件中提供了四種各元素的化學(xué)勢取值情況，因此有p1，p2，p3，p4四種形成能值。從文件3dec.out中可以看到如下日志：

輸出形成能圖像：

在各類型缺陷形成能與轉(zhuǎn)變能級的計算完成后，程序?qū)⒆詣由稍诓煌瘜W(xué)勢情況下的缺陷形成能圖像及數(shù)據(jù)，存于目錄/dec/Formation_Energy_Intrinsic_Defect/中。

dasp.in文件中提供了四種各元素的化學(xué)勢取值情況，因此有四份圖像與數(shù)據(jù)。

用戶可根據(jù).dat文件中的數(shù)據(jù)自行繪制圖像，或參考程序自動繪制的.png圖像文件。從文件3dec.out中可以看到如下日志：

程序自動繪制的四幅圖像分別如下所示：

ZnGeP2各類缺陷在化學(xué)勢點(a) p1, (b) p2, (c) p3, (d) p4 處的形成能隨費米能級的變化

編輯：黃飛