基于杂化泛函计算β-三氧化二镓电荷转移的方法技术

基于杂化泛函计算β‑三氧化二镓电荷转移的方法，本发明专利技术涉及计算β‑三氧化二镓电荷转移的方法。本发明专利技术目的是为了解决现有基于杂化泛函的方法计算含有缺陷的超胞电荷转移的准确率低的问题。过程为：得到β‑Ga2O3的晶格参数和禁带宽度；得到β‑Ga2O3能量最低点的晶格参数和禁带宽度；根据晶格参数和禁带宽度得到模拟结果和实验结果一致；计算含有缺陷的β‑Ga2O3的电子在空间中的分布；通过VESTA软件读取A和B，并对二者在电子在空间中的分布做差，得到差分电荷。本发明专利技术用于计算β‑Ga2O3电荷转移的领域。

Calculation of charge transfer of two gallium oxide by beta three oxidation based on hybrid functional theory

A method for calculating the charge transfer of two gallium by beta three oxidation based on hybrid functionals is described. The invention relates to a method for calculating charge transfer of two gallium by beta three oxidation. The aim of the present invention is to solve the problem of calculating the accuracy of supercell charge transfer with defects based on the hybrid functional method. The lattice parameters and band width of the beta Ga2O3 are obtained. The lattice parameters and band gap width of the beta Ga2O3 energy are obtained. The simulation results are consistent with the experimental results according to the lattice parameters and the band gap width; the distribution of the electrons in the beta Ga2O3 containing the defects is calculated in the space; A and B are read through the VESTA software, and The distribution of the two electrons in space is poor, and differential charges are obtained. The invention is used for calculating the charge transfer of beta Ga2O3.

【技术实现步骤摘要】
基于杂化泛函计算β-三氧化二镓电荷转移的方法
本专利技术涉及计算β-三氧化二镓电荷转移的方法。
技术介绍
由于β-Ga2O3在4.2-5.1eV的宽带隙、优良的化学稳定性和热稳定性，因而在许多方面吸引了广泛关注，如光催化剂，紫外探测器、气体传感器和发光二极管等。与其它宽禁带半导体材料相比(SiC和GaN)，β-Ga2O3的制造成本低，操作温度高、击穿电压较高。然而，现有的制造工艺，如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)等，都容易引入材料缺陷，导致变化和光激发电子跃迁。这种电子的激发过程可以从仿真计算角度上得到解释。密度泛函(DFT)由于忽略了电子体系的强相互作用，因而不能很好地计算电子在空间中的分布，也就不能准确得到电子在空间中的转移。因此，采用一种合适的方法去计算空间中的电子转移尤为必要。Hartree-Fock通过加入交换能去弥补DFT方法的缺陷，可以精确的计算电子在材料体系中的分布。到目前为止，在β-Ga2O3的仿真计算研究过程中，人们通常采用差分电荷的方法去研究掺杂的电荷转移，但是还没有提出一种针对缺陷的电荷转移计算方法。因此有必要提出一种针对缺陷的电荷转移计算方法。综上，导致现有基于密度泛函的方法计算含有缺陷的超胞电荷转移的准确率低。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有基于密度泛函的方法计算含有缺陷的超胞电荷转移的准确率低的问题，而提出基于杂化泛函计算β-三氧化二镓电荷转移的方法。基于杂化泛函计算β-三氧化二镓电荷转移的方法具体过程为：步骤一：采用FINDIT软件查找β-Ga2O3的晶格参数，得到β-Ga2O3的晶格参数实验结果为α＝90°，β＝103.7°，γ＝90°；a为晶格的单胞边长参数，b为晶格的单胞边长参数，c为晶格的单胞边长参数，α、β、γ为晶格的单胞三个角度参数；β-Ga2O3的晶格的禁带宽度为4.5-5.0eV；步骤二：采用VASP软件对β-Ga2O3的晶格参数进行优化，得到β-Ga2O3能量最低点的晶格参数模拟结果为α＝90°，β＝103.67°，γ＝90°；通过杂化泛函方法，得到β-Ga2O3能量最低点的晶格的能带图，禁带宽度为4.86eV；得到模拟结果和实验结果一致；得到1×1×1的β-Ga2O3单胞的结构，结构包括晶格参数和原子位置；步骤三：根据步骤二的得到的β-Ga2O3能量最低点的晶格参数，将晶胞扩大到1×3×3的超胞，1×3×3的超胞包含240个原子；通过删除超胞不同位置的氧原子来引入氧缺陷，得到带有缺陷的超胞；优化超胞原子相应的位置，得到能量最低点的晶格；A为根据得到的能量最低点的晶格，计算带有缺陷不带电的电荷的超胞电子在空间中的分布；B为得到的带有缺陷且带电的电子在空间中的分布；通过VESTA软件读取A和B，并对二者在电子在空间中的分布做差，得到差分电荷。差分电荷即电荷转移。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用杂化泛函的方法计算了结构以及带电超胞电子在空间中分布(步骤二和步骤三)。本专利技术首先采用FINDIT查取β-Ga2O3的晶体结构，并用VASP进行结构优化。通过杂化泛函计算出带隙为4.86eV与实验值相符，证明本专利技术使用的计算方法对能带有着准确的描述。通过VESTA计算得到不同条件下，电荷密度的差值和电荷转移分布图。杂化泛函可以准确的计算能带以及相关电子的性质。缺陷的引入使β-Ga2O3内部的原子结构发生改变，不同的带电状态也有不同的缺陷结构，从而影响了电子的跃迁和相应的光学性能。本专利技术基于杂化泛函方法，通过添加不同电荷，计算了不同状态下的原子结构，进而采用杂化泛函计算了不同电荷状态下的电荷分布以及电荷转移。有效的给出了计算带电缺陷超胞的电荷转移计算方法。本专利技术采用基于杂化泛函方法获得的电荷转移能量的准确率提高了5％-10％。本专利技术的基于杂化泛函去计算差分电荷的实验方法步骤简单、易于操作，并且该方法具有耗时少、成本低的特点，可用于研究半导体材料的缺陷，也可为半导体性能退化提供必要依据。本专利技术的基于杂化泛函的缺陷研究方法对电半导体缺陷的测定和研究具有重大的意义。在半导体的缺陷研究中，有着明显的优势和广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术流程图；图2是β-Ga2O3的能带图，V、Z、G、A、M、L为高对称点，V取值为0,0,0；A取值为0,0；Z为0,M为L为0,V为0,0,Energy为能量；图3是β-Ga2O3的缺陷示意图；图4a是β-Ga2O3带一个正电荷的电荷转移分布图；图4b是β-Ga2O3带二个正电荷的电荷转移分布图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式基于杂化泛函计算β-三氧化二镓电荷转移的方法具体过程为：步骤一：采用FINDIT软件查找β-Ga2O3的晶格参数，得到β-Ga2O3的晶格参数实验结果为α＝90°，β＝103.7°，γ＝90°；a为晶格的单胞边长参数，b为晶格的单胞边长参数，c为晶格的单胞边长参数，α、β、γ为晶格的单胞三个角度参数；文献查找β-Ga2O3的晶格的禁带宽度，禁带宽度为4.5～5.0eV；(文献为C.Janowitz,V.Scherer,M.Mohamed,A.Krapf,H.Dwelk,R.Manzke,Z.Galazka,R.Uecker,K.IrmscherandR.Fornari//New或J.Phys.13(2011)085014.PHYSICALREVIEWB95,075208(2017)N.Ueda,H.Hosono,R.Waseda,andH.Kawazoe,Appl.Phys.Lett.71,933(1997)或H.H.Tippins，Phys.Rev.140，A316(1965).或M.Orita，H.Ohta,M.Hirano,andH.Hosono，Appl.phys.Lett.77,4166(2000).或H.He，R.Orlando，M.A.Blanco，R.Pandey，E.Amzallag,I.Baraille,andM.Rerat,Phys.Rev.B74,195123(2006))步骤二：采用VASP软件对β-Ga2O3的晶格参数进行优化，得到β-Ga2O3能量最低点的晶格参数模拟结果为α＝90°，β＝103.67°，γ＝90°；通过杂化泛函方法，得到β-Ga2O3能量最低点的晶格的能带图，禁带宽度为4.86eV；如图2所示；得到模拟结果和实验结果一致；得到1×1×1的β-Ga2O3单胞的结构，结构包括晶格参数和原子位置；1×1×1代表1a×1b×1c；步骤三：根据步骤二的得到的β-Ga2O3能量最低点的晶格参数，将晶胞扩大到1×3×3的超胞，1×3×3的超胞包含240个原子；通过删除超胞不同位置的氧原子来引入氧缺陷，如图3所示，得到带有缺陷的超胞；1×3×3代表1a×3b×3c；优化超胞原子相应的位置，得到能量最低点的晶格；A为根据得到的能量最低点的晶格，计算带有缺陷不带电的电荷的超胞电子在空间中的分布；B为得到的带有缺陷且带电的电子在空间中的分布；通过VESTA软件读取A和B，并对二者在电子在空间中的分布做差，得到差分电荷。如图4a、4b所示；差分电荷即电荷转移；具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于杂化泛函计算β‑三氧化二镓电荷转移的方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一：采用FINDIT软件查找β‑Ga2O3的晶格参数，得到β‑Ga2O3的晶格参数实验结果为

【技术特征摘要】
1.基于杂化泛函计算β-三氧化二镓电荷转移的方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一：采用FINDIT软件查找β-Ga2O3的晶格参数，得到β-Ga2O3的晶格参数实验结果为α＝90°，β＝103.7°，γ＝90°；a为晶格的单胞边长参数，b为晶格的单胞边长参数，c为晶格的单胞边长参数，α、β、γ为晶格的单胞三个角度参数；β-Ga2O3的晶格的禁带宽度为4.5-5.0eV；步骤二：采用VASP软件对β-Ga2O3的晶格参数进行优化，得到β-Ga2O3能量最低点的晶格参数模拟结果为α＝90°，β＝103.67°，γ＝90°；通过杂化泛函方法，得到β-Ga2O3能量最低点的晶格的能带图，禁带宽度为4.86eV；得到模拟结果和实验结果一致；得到1×1×1的β-Ga2O3单胞的结构，结构包括晶格参数和原子位置；步骤三：根据步骤二的得到的β-Ga2O3能量最低点的晶格参数，将晶胞扩大到1×3×3的超胞，1×3×3的超胞包含240个原子；通过删除超胞不同位置的氧原子来引入氧缺陷，得到带有缺陷的超胞；优化超胞原子相应的位置，得到能量最低点的晶格；A为根据得到的能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴冀，杨剑群，刘超铭，魏轶聃，吕钢，董尚利，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23