半導體缺陷原理：DASP HfO2的本征缺陷計算

·DASP (Defect and Dopant ab-initio Simulation Package)是一款半導體缺陷和雜質(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體晶體結(jié)構，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體的熱力學穩(wěn)定性，缺陷和雜質(zhì)形成能及離化能級，半導體樣品中缺陷、雜質(zhì)和載流子濃度及費米能級，關鍵缺陷和雜質(zhì)誘導的光致發(fā)光譜、載流子輻射和非輻射俘獲截面及少子壽命。

針對任一半導體，DASP軟件可以計算給出如下性質(zhì)：熱力學穩(wěn)定性、元素化學勢空間的穩(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、輻射和非輻射復合速率等。

本期將給大家介紹DASP HfO2的本征缺陷計算 5.2.4-5.2.4.2 的內(nèi)容。

5.2.4. 缺陷濃度和費米能級計算DDC

5.2.4.1. 運行DDC模塊

在DEC模塊計算完成后，回到HfO2目錄，使用命令dasp 4執(zhí)行DDC模塊。等待期間無需額外操作。

5.2.4.2. DDC模塊運行流程

缺陷數(shù)據(jù)匯總：

DDC模塊首先將根據(jù)DEC模塊的輸出結(jié)果判斷哪些缺陷已經(jīng)計算完畢，并將這些所有的缺陷全部考慮進DDC的計算。隨后自動搜尋各缺陷輸出的形成能、轉(zhuǎn)變能級、簡并因子等信息。將所有的數(shù)據(jù)匯總，寫入DefectParams.txt文件中。

此為DDC模塊的程序日志4ddc.out：

此為DefectParams.txt文件：

生長溫度下自洽計算：

DDC模塊在T=800 K的時候計算其缺陷濃度和載流子濃度，并根據(jù)電中性條件自洽求解費米能級。

工作溫度下自洽計算：

DDC模塊在T=300 K的時候重新分布每個缺陷各價態(tài)的濃度，并根據(jù)電中性條件再次自洽求解費米能級。

輸出缺陷濃度：

DDC模塊在HfO2/ddc目錄下，輸出三個文件：費米能級文件Fermi.dat，載流子濃度文件Carrier.dat，缺陷濃度文件Defect_charge.dat。可使用Origin畫圖。此外，DDC模塊會自動根據(jù)三個文件畫圖，產(chǎn)生density.png文件。如下圖所示：

生長溫度為300K時，HfO2從p1（Hf-rich）到p2（O-rich）的費米能級、載流子濃度、缺陷濃度。

生長溫度為550K時，HfO2從p1（Hf-rich）到p2（O-rich）的費米能級、載流子濃度、缺陷濃度。

生長溫度為800K時，HfO2從p1（Hf-rich）到p2（O-rich）的費米能級、載流子濃度、缺陷濃度。

編輯：黃飛