ZnGeP2的本征缺陷计算之DEC模块运行流程

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 ZnGeP2的本征缺陷计算 5.4.3-5.4.3.2 的内容。

5.4.3. 缺陷形成能和转变能级计算DEC

5.4.3.1. 运行DEC模块

在上一步使用命令dasp2执行TSC模块时，会生成ZnGeP2/tsc目录，并在该目录中产生2tsc.out文件。等待程序执行完毕，2tsc.out有相应的完成标志。打开ZnGeP2/dasp.in，确认化学势已被程序自动输入。

确认TSC模块完成后，回到ZnGeP2目录，使用命令dasp3执行DEC模块。DEC模块会在第一步已经生成的dec目录中继续输出相关文件，包括缺陷结构，缺陷计算目录，以及运行日志文件3dec.out。等待程序完成期间无需额外操作。

5.4.3.2. DEC模块运行流程

产生缺陷结构：

为计算得到材料的缺陷性质，程序将根据用户在dasp.in中设置需要计算的缺陷类型生成相应的计算目录以及电中性的缺陷构型。

从文件3dec.out中可以看到如下日志：

产生的各类缺陷结构中，部分反位缺陷与可能的间隙位如下图所示：

ZnGeP2超胞部分缺陷结构示意图

提交各缺陷q=0计算任务：

在建立好各类型的电中性缺陷计算目录与构型后，程序将自动补充第一性原理计算所需文件并依次提交计算任务，并使得同时计算的任务数不超过dasp.in中参数max_job的值。从文件3dec.out中可以看到如下日志：

产生带电缺陷的计算目录：

在中性缺陷计算完成后，程序将判断各缺陷可能的电离态数量，并进一步生成各电离态的计算目录与缺陷构型。

提交各缺陷q≠0的计算任务：

在建立好各类型的电离态缺陷计算目录与构型后，程序将自动补充第一性原理计算所需文件并依次提交计算任务，并使得同时计算的任务数不超过dasp.in中参数max_job的值。从文件3dec.out中可以看到如下日志：

计算带电缺陷的修正：

在各类型的电离态缺陷计算完成后，程序将计算各类型缺陷的形成能、各电离态的转变能级，在日志文件3dec.out中记录有各类缺陷在不同化学势情况下的形成能、能带对齐和镜像电荷修正项（LZ/FNV），以及不同电离态的转变能级。dasp.in文件中提供了四种各元素的化学势取值情况，因此有p1，p2，p3，p4四种形成能值。从文件3dec.out中可以看到如下日志：

输出形成能图像：

在各类型缺陷形成能与转变能级的计算完成后，程序将自动生成在不同化学势情况下的缺陷形成能图像及数据，存于目录/dec/Formation_Energy_Intrinsic_Defect/中。

dasp.in文件中提供了四种各元素的化学势取值情况，因此有四份图像与数据。

用户可根据.dat文件中的数据自行绘制图像，或参考程序自动绘制的.png图像文件。从文件3dec.out中可以看到如下日志：

程序自动绘制的四幅图像分别如下所示：

ZnGeP2各类缺陷在化学势点(a) p1, (b) p2, (c) p3, (d) p4 处的形成能随费米能级的变化

编辑：黄飞