半导体缺陷原理：DASP HfO2的本征缺陷计算

·DASP (Defect and Dopant ab-initio Simulation Package)是一款半导体缺陷和杂质性质的第一性原理计算模拟软件包，该软件包能针对输入的半导体晶体结构，基于材料基因组数据库和第一性原理软件包，自动计算并输出半导体的热力学稳定性，缺陷和杂质形成能及离化能级，半导体样品中缺陷、杂质和载流子浓度及费米能级，关键缺陷和杂质诱导的光致发光谱、载流子辐射和非辐射俘获截面及少子寿命。

针对任一半导体，DASP软件可以计算给出如下性质：热力学稳定性、元素化学势空间的稳定范围、缺陷（含杂质，下同）形成能、缺陷转变能级、各生长条件下的费米能级、载流子和缺陷浓度、缺陷的光致发光谱、缺陷对载流子的俘获截面、辐射和非辐射复合速率等。

本期将给大家介绍DASP HfO2的本征缺陷计算 5.2.4-5.2.4.2 的内容。

5.2.4. 缺陷浓度和费米能级计算DDC

5.2.4.1. 运行DDC模块

在DEC模块计算完成后，回到HfO2目录，使用命令dasp 4执行DDC模块。等待期间无需额外操作。

5.2.4.2. DDC模块运行流程

缺陷数据汇总：

DDC模块首先将根据DEC模块的输出结果判断哪些缺陷已经计算完毕，并将这些所有的缺陷全部考虑进DDC的计算。随后自动搜寻各缺陷输出的形成能、转变能级、简并因子等信息。将所有的数据汇总，写入DefectParams.txt文件中。

此为DDC模块的程序日志4ddc.out：

此为DefectParams.txt文件：

生长温度下自洽计算：

DDC模块在T=800 K的时候计算其缺陷浓度和载流子浓度，并根据电中性条件自洽求解费米能级。

工作温度下自洽计算：

DDC模块在T=300 K的时候重新分布每个缺陷各价态的浓度，并根据电中性条件再次自洽求解费米能级。

输出缺陷浓度：

DDC模块在HfO2/ddc目录下，输出三个文件：费米能级文件Fermi.dat，载流子浓度文件Carrier.dat，缺陷浓度文件Defect_charge.dat。可使用Origin画图。此外，DDC模块会自动根据三个文件画图，产生density.png文件。如下图所示：

生长温度为300K时，HfO2从p1（Hf-rich）到p2（O-rich）的费米能级、载流子浓度、缺陷浓度。

生长温度为550K时，HfO2从p1（Hf-rich）到p2（O-rich）的费米能级、载流子浓度、缺陷浓度。

生长温度为800K时，HfO2从p1（Hf-rich）到p2（O-rich）的费米能级、载流子浓度、缺陷浓度。

编辑：黄飞