一种β-Ga2O3单晶缺陷性质的计算方法技术

本发明专利技术提供一种β

【技术实现步骤摘要】
一种
β
‑
Ga2O3单晶缺陷性质的计算方法


[0001]本专利技术涉及电子
，具体而言，涉及一种β
‑
Ga2O3单晶缺陷性质的计算方法。

技术介绍

[0002]氧化镓(Ga2O3)有α、β、γ、δ、ε五种多晶型，其中热力学最稳定的是单斜β相，其具有很强的离子性且带隙接近5eV，也是唯一一种可以通过熔体生长技术(包括浮区、边缘限定薄膜生长和直拉法)生长的相，这使得大尺寸单晶衬底的批量生产成为可能。基于这些特点，使得β
‑
Ga2O3成为高温气体传感器，高压场效应晶体管和日盲紫外光电探测器的候选材料，且β
‑
Ga2O3也被建议用于低波长可调谐激光器，薄膜异质结太阳能电池中的n型层，以及用作抗静电层的深紫外透明导电氧化物(TCO)等。
[0003]在应用β
‑
Ga2O3材料之前，需要对其电学和光学活性缺陷进行全面的了解。目前，基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算已被用于许多材料特性的研究，如光学、磁性和电子结构，理论计算可以深入了解材料，有助于我们进一步了解材料本身，且β
‑
Ga2O3氧空位的形成能在过去几年中已经得到了研究，但采用不同的泛函和近似方法会导致结果存在差异。其中，通过广义梯度近似(GGA)和局部密度近似(LDA)泛函不能够很好的描述半导体的电子结构，会低估半导体材料中的带隙，从而导致缺陷引起的缺陷状态无法得到正确处理，而Hartree
‑
Fock(HF)密度泛函、Heyd
‑
Scuseria
‑
Ernzerhof (HSE)泛函和筛选交换等精确方法又受限于计算资源，均难以得到精准的结果。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是如何提供一种能够快速、准确计算β
‑
Ga2O3单晶缺陷性质的方法。
[0005]为解决上述问题中的至少一个方面，本专利技术提供一种β
‑
Ga2O3单晶缺陷性质的计算方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1、构建β
‑
Ga2O3原胞，将β
‑
Ga2O3原胞的晶格参数调整为实验值，然后对其进行离子弛豫和结构优化，得到优化后的β
‑
Ga2O3原胞；
[0007]步骤S2、分别采用不同的K点对所述优化后的β
‑
Ga2O3原胞进行自洽计算，直至原胞的总能量不再随K点的变化而改变，则选择此时的K点对所述优化后的β
‑
Ga2O3原胞进行能带计算，在所述能带计算过程中，通过调整HSE 与PBE的比例，测试不同混合参数下所述优化后的β
‑
Ga2O3原胞的禁带宽度，选择禁带宽度与实验值一致的混合参数作为实验参数；
[0008]步骤S3、对所述优化后的β
‑
Ga2O3原胞进行扩胞，得到β
‑
Ga2O3超胞；
[0009]步骤S4、在所述β
‑
Ga2O3超胞中构建缺陷模型，并对所述缺陷模型进行结构优化，直至所述缺陷模型的结构能够达到一步自洽，得到稳定的缺陷模型结构；
[0010]步骤S5、选择所述步骤S2中得到的实验参数对所述稳定的缺陷模型结构进行自洽计算；
[0011]步骤S6、提取步骤S5中计算文件的数据，获得所述稳定的缺陷模型的缺陷形成能
和电荷转移能级，并建立β
‑
Ga2O3缺陷性质数据库。
[0012]优选地，所述步骤S1中，通过FINDIT软件查找β
‑
Ga2O3的晶格参数，得到β
‑
Ga2O3的晶格参数实验值为a＝12.23，b＝3.04，c＝5.8，α＝90
°
，β＝103.7
°
，γ＝90
°
；其中，a、b和c为晶格的单胞边长参数，α、β和γ为晶格的单胞三个角度参数。
[0013]优选地，所述步骤S1中，采用VASP软件对调整后的β
‑
Ga2O3原胞进行离子弛豫和结构优化，使所述β
‑
Ga2O3原胞的能量达到最小值。
[0014]优选地，所述步骤S3中，所述β
‑
Ga2O3超胞在3个方向上的尺度保持一致，且所述β
‑
Ga2O3超胞的晶格尺寸大于
[0015]优选地，所述步骤S4中，在构建缺陷模型过程中，考虑不同晶体结构的格点位置，从而构建得到不同的缺陷模型。
[0016]优选地，所述步骤S4中，对所述缺陷模型进行结构优化，找到所述缺陷模型能量最低的结构，直至所述缺陷模型的结构能够达到一步自洽。
[0017]优选地，所述步骤S6中，所述缺陷形成能采用以下公式计算：
[0018]E
f
[X
q
]＝E
tot
[X
q
]‑
E
tot
[bulk]‑
∑
i
n
i
μ
i
+q[E
F
+E
v
+ΔV]；
[0019]其中，E
tot
[X
q
]为缺陷体系的总能量，E
tot
[bulk]为超胞总能量，n为缺陷体系增加或减少的原子个数，μ为缺陷体系增加或减少的原子的化学势，q 为缺陷体系的电荷量，EF为费米能级，E
v
为缺陷的价带底，
△
V为修正项， i为原子序数。
[0020]优选地，所述步骤S6中，所述电荷转移能级采用以下公式计算：
[0021][0022]其中，q1为转移前电荷态，q2为转移后电荷态，E
f
(X
q1
；E
F
＝0)为q1电荷态费米能级为0的缺陷形成能，E
f
(X
q2
；E
F
＝0)为q2电荷态费米能级为0的缺陷形成能，ε(q1/q2)为缺陷的q1、q2电荷态之间的转换能级。
[0023]本专利技术通过将β
‑
Ga2O3原胞的晶格参数调整为实验值，并对其结构进行优化，构建与实验值相符的原胞结构，使其能够具备准确模拟实验的能力，然后通过选择总能量不再随K点变化而改变时的K点条件下对其进行能带计算，并通过调整计算过程中HSE和PBE的比例，测试不同混合参数体系下禁带宽度的变化，选择计算结构与实验值一致的混合参数作为实验参数，最后基于HSE和PBE的杂化泛函对扩胞后的β
‑
Ga2O3超胞缺陷结构进行计算，从而得到准确的缺陷形成能和电荷转移能级等数据；本专利技术提供的β
‑
Ga2O3单晶缺陷性质的计算方法利用HSE和PBE的杂化泛函计算缺陷形成能和电荷转移能级能够避免GGA和LD本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种β
‑
Ga2O3单晶缺陷性质的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、构建β
‑
Ga2O3原胞，将β
‑
Ga2O3原胞的晶格参数调整为实验值，然后对其进行离子弛豫和结构优化，得到优化后的β
‑
Ga2O3原胞；步骤S2、分别采用不同的K点对所述优化后的β
‑
Ga2O3原胞进行自洽计算，直至原胞的总能量不再随K点的变化而改变，则选择此时的K点对所述优化后的β
‑
Ga2O3原胞进行能带计算，在所述能带计算过程中，通过调整HSE与PBE的比例，测试不同混合参数下所述优化后的β
‑
Ga2O3原胞的禁带宽度，选择禁带宽度与实验值一致的混合参数作为实验参数；步骤S3、对所述优化后的β
‑
Ga2O3原胞进行扩胞，得到β
‑
Ga2O3超胞；步骤S4、在所述β
‑
Ga2O3超胞中构建缺陷模型，并对所述缺陷模型进行结构优化，直至所述缺陷模型的结构能够达到一步自洽，得到稳定的缺陷模型结构；步骤S5、选择所述步骤S2中得到的实验参数对所述稳定的缺陷模型结构进行自洽计算；步骤S6、提取步骤S5中计算文件的数据，获得所述稳定的缺陷模型的缺陷形成能和电荷转移能级，并建立β
‑
Ga2O3缺陷性质数据库。2.根据权利要求1所述的β
‑
Ga2O3单晶缺陷性质的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过FINDIT软件查找β
‑
Ga2O3的晶格参数，得到β
‑
Ga2O3的晶格参数实验值为a＝12.23，b＝3.04，c＝5.8，α＝90
°
，β＝103.7
°
，γ＝90
°
；其中，a、b和c为晶格的单胞边长参数，α、β和γ为晶格的单胞三个角度参数。3.根据权利要求1所述的β
‑
Ga2O3单晶缺陷性质的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用VASP软件对调整后的β
‑
Ga2O3原胞进行离子弛豫和结构优化，使所述β
‑
Ga2O3原胞的能量达到最小值。4.根据权利要求1所述的β
‑
Ga2O3...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓东，魏亚东，李兴冀，杨剑群，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：