[發明專利]電子輸運性能更優的IV-V族二維半導體模型構建方法

有效

• 申請號: 202011161540.X
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112507653B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 張錚琪;宋家欣;陳俊山;曾暉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/398
• 分類號: G06F30/398;H01L29/30
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

1.一種電子輸運性能更優的IV-V族二維半導體模型構建方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，選取IV族元素和V族元素，構建二維半導體理想模型；

步驟2、計算理想模型的電子輸運性質，包括能帶結構、伏安特性IV曲線以及傳輸特性transmission；

步驟3，基于所述二維半導體理想模型構建多種二維半導體缺陷模型；所述二維半導體缺陷模型包括：

(1)PantiGe缺陷模型：

該模型通過交換中心區域下半部分P原子和Ge原子獲得；

(2)PantiT1缺陷模型：

該模型通過將中心區域下半部分Ge原子替換為P原子獲得；

(3)GeP-VpT1缺陷模型：

該模型通過去除中心區域中心位置處的P原子獲得；

步驟4，計算各缺陷模型的電子輸運性質，包括能帶結構、伏安特性IV曲線以及傳輸特性transmission；

步驟5，根據二維半導體理想模型以及各缺陷模型的電子輸運性質，選取最優的二維半導體缺陷模型；具體過程包括：

步驟5-1，獲取計算電子輸運性質過程中各缺陷模型的晶格常數的增加幅度，對該幅度進行降序排列，并對排序后的模型分別賦予權重p₁、p₂、p₃，p₁＞p₂＞p₃；

步驟5-2，獲取計算電子輸運性質過程中各缺陷模型的電流增幅與增速，對增幅與增速的綜合結果進行降序排列，并對排序后的模型分別賦予權重p₁、p₂、p₃；

步驟5-3，從能帶結構結果圖中獲取各缺陷模型的禁帶寬度，對該寬度進行升序排列，并對排序后的模型分別賦予權重p₁、p₂、p₃；

步驟5-4，基于上述步驟5-1至5-3的結果，計算每個模型的綜合權重值，綜合權重值最大的二維半導體缺陷模型即為最優的二維半導體缺陷模型。

2.根據權利要求1所述的電子輸運性能更優的IV-V族二維半導體模型構建方法，其特征在于，步驟1中所述選取IV族元素和V族元素，構建二維半導體理想模型，具體過程包括：

步驟1-1，基于選取的IV族元素和V族元素，利用Quantum ATK軟件構建初始二維半導體理想模型；

步驟1-2，采用基于密度泛函理論的第一性原理贗勢法進行模型優化；

步驟1-3，固定c軸長度，單個原子能量收斂精度，以及原子受力最大值；

步驟1-4，采用Monkhorst-Pack取樣方法對K點進行取樣；

步驟1-5，將優化后的理想模型左右各n個原子設置為左右電極，余下的區域設置為中心區域。

3.根據權利要求2所述的電子輸運性能更優的IV-V族二維半導體模型構建方法，其特征在于，步驟1-1中選取的IV族元素和V族元素分別為Ge和P；所述初始二維半導體理想模型俯視時為單層GeP單胞，包含12個Ge原子和12個P原子；側視時結構包括五邊形和六邊形環；在每一層中，Ge-Ge原子對被6個P原子包圍，每個P原子與三個Ge原子相協調，每個Ge原子與三個P和另一個Ge原子相協調，其中兩種Ge-Ge鍵分別平行和垂直于層平面。

4.根據權利要求3所述的電子輸運性能更優的IV-V族二維半導體模型構建方法，其特征在于，步驟1-2中參數的具體設定包括：波函數截斷能設定為48Ry，電子密度截斷能設定為420Ry，自洽循環迭代收斂閾值為1×10^-6eV/atom。

5.根據權利要求4所述的電子輸運性能更優的IV-V族二維半導體模型構建方法，其特征在于，步驟1-3中所述單個原子能量收斂精度為5×10eV，原子受力最大值為

6.根據權利要求5所述的電子輸運性能更優的IV-V族二維半導體模型構建方法，其特征在于，步驟1-4中K點取樣為3×18×1。

7.根據權利要求6所述的電子輸運性能更優的IV-V族二維半導體模型構建方法，其特征在于，步驟2所述計算理想模型的電子輸運性質，包括能帶結構、伏安特性IV曲線以及傳輸特性transmission，具體過程包括：

步驟2-1，結合標準密度函數理論計算與非平衡格林函數，利用具有邊界條件的泊松方程獲得電子密度，進而求解自洽包含有限偏置的開放邊界系統；

步驟2-2，設置參數，包括：大真空距離、電子溫度、k網格，定義a和b分別為x和y方向的晶格常數，能量差距Eg；

步驟2-3，基于上述參數求解中心區域的格林函數；

步驟2-4，基于所述格林函數計算量子傳輸系數；

步驟2-5，施加多個不同的偏壓，基于Laudauer公式，利用左、右電極的費米-狄拉克分布和量子傳輸系數計算不同偏壓下左右兩電極之間的電流；

步驟2-6，從所述量子傳輸系數中提取能帶結構，將能帶結構、量子傳輸系數、不同偏壓下的電流導入繪圖軟件，得到理想模型的可視化結果圖。