关于Nanoskim软件器件掺杂的总体介绍

01 软件简介

Nanoskim是基于Slater-Koster紧束缚势场的量子输运仿真软件，可以从原子层级来构建纳米器件。在非平衡条件下，通过自洽求解非平衡格林函数（Non-equilibrium Green's function, NEGF）和Poisson方程，得到纳米器件的电子密度和静电势。从而可以充分考虑量子力学效应（如源漏隧穿效应、量子受限效应、电声耦合效应），以及具体的原子细节（如截面形状、杂质位置）等。

02 器件掺杂

对于半导体器件，掺杂是提高器件电学性能的重要手段之一，众多的电学特性与掺杂的杂质浓度有关。如果在本征半导体中掺入某种特定杂质，成为N型半导体或者P型半导体，其导电性能将发生质的变化。就能带而言，P型半导体的费米能级接近于价带，N型半导体的费米能级接近于导带。Nanoskim是通过移动费米能级相对导带或价带的位置，来表示器件中的掺杂。

03 计算案例

本期以nin型Si纳米线器件为例模拟器件的掺杂功能，在Device Studio软件中一键执行Nanoskim程序而进行模拟计算，计算步骤主要包括：模型搭建—哈密顿量计算—电子能带计算—器件掺杂。

（1）模型搭建

Si纳米线单胞的结构文件Si.xyz文件如下所示：

在Device Studio软件中导入Si纳米线单胞，操作如下：

Si纳米线单胞添加晶格常数，并将结构居中，操作如下：

将Si纳米线单胞通过扩胞得到Si纳米线晶体，操作如下：

将Si纳米线晶体转换成器件，操作如下：

（2）哈密顿量/电子能带计算

在Device Studio中生成哈密顿量和电子能带计算的输入文件，需要选择Si的SK参数文件，操作如下：

通过右击Hamiltonian.input输入文件，点击Run开启哈密顿量计算，并且在Job Manager区域可以实时观看计算状态。当计算状态为Finished时，表明哈密顿量计算完成，操作如下：

通过右击BandStructure.input输入文件，点击Run开启能带计算，并且在Job Manager区域可以实时观看计算状态。当计算状态为Finished时，表明能带计算完成，操作如下：

能带计算完成后，在Device Studio中可以直接可视化作图，操作如下：

（3）器件掺杂

实现n-i-n型的器件掺杂，需要把电极附近的能带向下移动。根据计算得到的能带结构，在Device Studio中设置能带移动的数值，操作如下：

另外，还可以对器件的更多细节进行描述，比如栅压的位置和几何结构、氧化层材料和厚度、偏压等。

以上是本期关于Nanoskim软件器件掺杂的总体介绍，欢迎大家在鸿之微云下载试用Nanoskim软件。后续我们将推出更多功能以及案例，敬请关注！

04 功能列表

01 器件掺杂

通过移动费米能级相对导带或价带的位置，来表示器件中的掺杂。

02 支持Slater-Koster参数做输运计算

可以应用姊妹程序Nanoskif软件所提供的Slater-Koster参数进行电子输运性质的计算。

03 支持RESCU哈密顿量做输运计算

基于RESCU程序的哈密顿量，采用分区或整体的方式来构建输运体系的哈密顿量。这样可以不依赖 Slater-Koster 参数，并能更准确地考虑界面和表面的效应。

04 势场及带边

可以查看某些自洽步数中的势场输入和输出，同时可以对自洽的势场生成动画视频文件。

05 电荷密度分布

可以灵活选取电荷密度分布的类型和切面方向，支持用动画依次显示沿某个方向的所有切面的电荷密度分布。

06 投影态密度/局域态密度

可以模拟计算体系的投影态密度和局域态密度，并可以对数据进行能量展宽和光滑处理。

07 I-V曲线

程序可以自动生成一系列偏压和栅压文件夹，可快速得到电流电压的转移特性曲线和输出特性曲线。

08 电子透射谱

既可以得到有效透射谱图，又可以得到一般透射谱图。

09 电声耦合

程序可以通过添加Buttiker虚拟导线的方式实现电声耦合下的输运计算。

审核编辑：刘清