【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料，具体涉及一种基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法。
技术介绍
1、赝晶外延，即在晶格失配的衬底上外延生长高质量薄膜，已在许多领域得到应用。超晶格(super lattices，sls)和量子阱(quantum wells，qws)是由晶格匹配和失配材料生长的高质量多层结构。
2、如果层厚度保持在某些临界值以下，则大的晶格失配完全由层中的均匀弹性应变来调节。低于临界层厚度时，无位错、相干应变界面将是稳定的，高于该临界层厚度时，失配位错结构和半相干界面将是稳定的。了解薄膜的临界厚度对于实现晶格失配异质结构的优势至关重要。
3、晶格失配很小而临界厚度很大，或者生长层厚度比临界厚度小时，生长遵循frank-van der merwe生长模式，具有不同晶格常数的半导体在衬底上能够以赝晶的形式生长，即界面处没有位错。在这种情况下，生长的外延层会发生应变以使面内晶格常数与衬底的晶格常数匹配起来。外延层厚度超过临界厚度时，将会在界面处产生失配位错。
4、外延层的临界厚度可通过多种方式来确定。x射线衍射仪(xrd)和光致发光光谱(pl)是常用的表征方法。可以通过xrd表征应变释放后平均晶格常数的变化，或通过pl峰位的移动以及应变释放前后pl峰强度的变化来确定外延层材料的临界厚度。
5、目前计算多元/二元化合物外延层薄膜的临界厚度时需要的多元化合物材料性质，往往通过二元化合物的计算结果插值得到，由于未考虑多元化合物中元素的相互作用，该方法得到的数值往往与实际值的误差较大，导致计算
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术提供了一种基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法，包括：
3、构建待生长的外延层多元化合物材料模型并进行结构优化，获得外延层多元化合物材料的晶格常数；
4、根据所述外延层多元化合物材料的晶格常数获得所述外延层多元化合物材料与衬底材料的晶格失配度；
5、利用结构优化后的外延层多元化合物材料模型，获得所述外延层多元化合物材料的弹性常数、剪切模量和泊松比；
6、根据所述晶格失配度、所述剪切模量和泊松比，获得所述延层多元化合物材料的临界厚度。
7、在本专利技术的一个实施例中，构建待生长的外延层多元化合物材料模型并进行结构优化，获得外延层多元化合物材料的晶格常数，包括：
8、在quantumatk软件builder中建立基础材料的超胞模型，对根据所要构建的外延层多元化合物材料的原子结构对所述基础材料的超胞模型中的对应原子进行替换，并对原子替换后的超胞模型进行结构优化，获得所述外延层多元化合物材料的超胞模型，其中，优化使用lcao计算基组，基于广义梯度近似采用pbe交换关联函数描述，optimizegeometry结构优化选项，k空间网格设置为8×8×4，作用于每个原子间的力小于0.01ev，力学收敛标准均设置为
9、利用所述外延层多元化合物材料的超胞模型获得所述外延层多元化合物材料的晶格常数。
10、在本专利技术的一个实施例中，根据所述外延层多元化合物材料的晶格常数获得所述外延层多元化合物材料与衬底材料的晶格失配度，包括：
11、根据所述外延层多元化合物材料的晶格常数获得所述外延层多元化合物材料与衬底材料的晶格失配度fx，计算公式为：
12、
13、其中，ax为所述外延层多元化合物材料的晶格常数，a0为所述衬底材料的晶格常数。
14、在本专利技术的一个实施例中，利用结构优化后的外延层多元化合物材料模型，获得所述外延层多元化合物材料的弹性常数、剪切模量和泊松比，包括：
15、根据所述结构优化后的外延层多元化合物材料模型，使用quantumatk软件中的elasticconstants工具计算多元化合物半导体材料的弹性常数cij，计算时使用lcao计算基组，基于广义梯度近似采用pbe交换关联函数描述，其中k空间网格设置为8×8×4，设置施加在晶胞上的最大形变量ηmax为每个应变矢量从-ηmax到+vmax之间形变的数目nη为3；
16、通过弹性常数计算多元化合物半导体材料的的剪切模量gx和泊松比vx。
17、在本专利技术的一个实施例中，根据所述晶格失配度、所述剪切模量和泊松比，获得所述延层多元化合物材料的临界厚度，包括：
18、根据所述晶格失配度、所述剪切模量和泊松比，获得所述延层多元化合物材料的临界厚度，所述临界厚度的计算公式为：
19、
20、其中，fx表示晶格失配度，gx表示外延层多元化合物材料的剪切模量，vx表示外延层多元化合物材料的泊松比，ecrit表示外延层多元化合物材料与衬底材料界面位错开始形成的临界能量。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
22、1、与传统的临界厚度计算方法相比，本专利技术的方法基于第一性原理，可以精确地计算出薄膜材料的晶格失配度、弹性常数、剪切模量和泊松比等物理参数，从而精确地计算出薄膜材料的多元/二元化合物异质结界面薄膜的临界厚度，从而可以更好地指导实际生长薄膜的临界厚度。
23、2、本专利技术的方法可以广泛应用于多元/二元化合物异质结界面的薄膜计算，包括aln、gan、inn组成的多元合金及iii-v族化合物等材料，具有较广泛的应用前景；可以更加准确分析多元化合物在衬底材料的生长模式，并生长出高质量的超晶格和量子阱。
24、以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
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1.一种基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法，其特征在于，构建待生长的外延层多元化合物材料模型并进行结构优化，获得外延层多元化合物材料的晶格常数，包括：
3.根据权利要求1所述的基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法，其特征在于，根据所述外延层多元化合物材料的晶格常数获得所述外延层多元化合物材料与衬底材料的晶格失配度，包括：
4.根据权利要求1所述的基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法，其特征在于，利用结构优化后的外延层多元化合物材料模型，获得所述外延层多元化合物材料的弹性常数、剪切模量和泊松比，包括：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法，其特征在于，根据所述晶格失配度、所述剪切模量和泊松比，获得所述延层多元化合物材料的临界厚度，包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法，其特征在于，构建待生长的外延层多元化合物材料模型并进行结构优化，获得外延层多元化合物材料的晶格常数，包括：
3.根据权利要求1所述的基于第一性原理的薄膜临界厚度确定方法，其特征在于，根据所述外延层多元化合物材料的晶格常数获得所述外延层多元化合物材料与衬底...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永，何祺伟，张雅超，龚子刚，常娟雄，王亦飞，邵语嫣，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：
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