专利摘要

基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法，本发明涉及计算Si的缺陷移动的方法。本发明目的是为了解决现有采用密度泛函方法获得Si的缺陷移动能量的准确率低的问题。过程为：得到Si的晶格参数；得到Si能量最低点的晶格参数；根据晶格参数和禁带宽度得到模拟结果和实验结果一致；使用密度泛函和CLNEB方法计算双空位分离过程中能量的变化，以及得出Si原子不同带电量下的原子结构，并根据这些结构采用杂化泛函方法计算双空位分离过程中能量的变化。本发明用于计算Si的缺陷移动的领域。

权利要求

1.基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一：采用FINDIT软件查找Si的晶格参数，得到Si的晶格参数实验结果为α＝90°，β＝90°，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；

Si的晶格的禁带宽为1.2eV；

步骤二：采用VASP软件对Si的晶格参数进行优化，得到Si能量最低点的晶格参数模拟结果为α＝90°，β＝90°，γ＝90°；

通过杂化泛函方法，得到Si能量最低点的晶格的能带图，根据能带图得到禁带宽度为1.2eV；

根据晶格参数和禁带宽度得到模拟结果和实验结果一致；

得到1×1×1的Si单胞的结构，结构包括晶格参数和原子位置；

步骤三：根据步骤二得到的Si能量最低点的晶格参数，将晶胞扩大到3×3×3的超胞，3×3×3的超胞包含216个原子；通过删除超胞不同位置的硅原子来引入缺陷，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,并基于密度泛函和CINEB 方法计算双空位分离过程中能量的变化，根据双空位分离过程中能量的变化得出Si原子不同带电量下的原子结构；

步骤四:根据步骤三得到的Si原子不同带电量下的原子结构，采用杂化泛函方法计算各个原子结构的能量，并根据能量画出能量随原子移动的变化图。

2.根据权利要求1所述基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法，其特征在于：所述步骤二中采用VASP软件对Si的晶格参数进行优化，具体过程为：

使Si所有平面波截断能为320eV，K点为1×1×1，Si电子收敛精度为1E-5，Si离子收敛精度为1E-2，得到Si能量最低点的晶格参数模拟结果为α＝90°，β＝90°，γ＝90°。

3.根据权利要求2所述基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法，其特征在于：所述步骤二中实验结果与模拟结果相应数据的差值在3％-10％以内，且满足禁带宽度等于步骤一查找Si的晶格的禁带宽度，认为模拟结果和实验结果一致。

4.根据权利要求3所述基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法，其特征在于：所述步骤四中根据步骤三得到的Si原子不同带电量下的原子结构，采用杂化泛函方法计算各个原子结构的能量，并根据能量画出能量随原子移动的变化图；具体过程为：

Si的一个原子先和Si原子双空位中的一个空位交换，转换过的原子和Si原子双空位中的另一个空位交换，得到双空位分离过程中能量的变化；

根据双空位分离过程中能量的变化画出Si原子不同带电量下曲线图，曲线峰值为Si原子不同带电量下的原子结构。

说明书

技术领域

本发明涉及计算Si的缺陷移动的方法，属于模拟计算领域。

背景技术

随着现代微电子技术的飞速发展，硅材料是最重要、应用最广泛的材料。由于Si是电子器件中最关键部分，所以当它应用于我们的生活和航空中时，它的可靠性会影响到整个系统正常应用。尤其对于空间环境，它常常充满各种带电粒子和射线。当半导体被这些粒子或射线照射时，不可避免地会产生缺陷。缺陷会引入缺陷能级，降低少数寿命和迁移率，进而影响器件的性能。经调查，双空位作为最重要和最常见的缺陷，而且这种缺陷易于发生移动，因此有必要去调查这种缺陷的移动。以往计算缺陷移动主要基于密度泛函，这种方法由于忽略了电子之间的强相互作用，因此计算的体系能量往往偏低。杂化泛函方法在考虑绝热近似的同时，也强调了电子强关联作用，因而可以准确的计算出半导体和绝缘体的体系能量。但是由于其巨大的计算量和复杂的计算方法，很少有人采用这种方式去计算缺陷移动的能量变化。到目前为止，在Si的仿真计算研究过程中，人们通常采用密度泛函的方法去研究缺陷移动的能量变化，但是还没有提出一种基于密度泛函和杂化泛函计算方法。因此有必要提出一种既能准确计算缺陷迁移能量又节省成本的计算方法。

综上，现有基于密度泛函的方法计算半导体缺陷移动能垒准确率低，即采用密度泛函方法获得Si的双空位缺陷移动的能垒准确率低的问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有采用密度泛函方法获得Si的缺陷移动能量的准确率低的问题，而提供基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法。

基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法具体过程为：

步骤一：采用FINDIT软件查找Si的晶格参数，得到Si的晶格参数即实验结果为 α＝90°，β＝90°，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；

Si的晶格的禁带宽度为1.2eV；

步骤二：采用VASP软件对Si的晶格参数进行优化，得到Si能量最低点的晶格参数模拟结果为 α＝90°，β＝90°，γ＝90°；

通过杂化泛函方法，得到Si能量最低点的晶格的能带图，根据能带图得到禁带宽度为1.2eV；

根据晶格参数和禁带宽度得到模拟结果和实验结果一致；

得到1×1×1的Si单胞的结构，结构包括晶格参数和原子位置；

步骤三：根据步骤二得到的Si能量最低点的晶格参数，将晶胞扩大到3×3×3的超胞，3×3×3的超胞包含216个原子；通过删除超胞不同位置的硅原子来引入缺陷，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,并基于密度泛函和CLNEB方法计算双空位分离过程中能量的变化，根据双空位分离过程中能量的变化得出Si原子不同带电量下的原子结构；

步骤四:根据步骤三得到的Si原子不同带电量下的原子结构，采用杂化泛函方法计算各个原子结构的能量，并根据能量画出能量随原子移动的变化图。

本发明的优点：

本发明为了避免密度泛函理论(DFT)的不足，如严重低估禁带的宽度，本发明采用密度泛函和杂化泛函方法结合的方法去研究Si双空位迁移的能量，结果表明本发明提供的计算方法给出了更精确的Si双空位不同电荷态下迁移的能量。首先，采用FINDIT查取Si的晶格参数，并用VASP对其结构进行优化。首先用基于密度泛函的CLNEB方法计算了缺陷的分离能，以及用VESTA观察了能垒处原子分布，并根据这些原子结构采用杂化泛函的方法计算这些原子结构的能量，并根据这些能量画出能量随原子移动的变化图。

本发明杂化泛函考虑了电子之间的相互作用，通过计算可以准确的密度泛函计算稳定的结构，再用杂化泛函计算体系的能量。采用这种方法可以准确的得到缺陷迁移的能垒；现有基于密度泛函的方法计算半导体和绝缘体体系能量偏低，即采用密度泛函方法获得Si的双空位迁移能垒偏低，提高了计算半导体和绝缘体的能垒计算准确度，即提高了采用密度泛函方法获得Si的双空位缺陷移动能量的准确率。本发明采用密度泛函方法获得Si的双空位缺陷移动量的准确率提高了5％-10％。

本发明的基于密度泛函和杂化泛函去计算缺陷分离能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能级，也可为半导体性能退化提供必要依据。本发明的基于密度泛函和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。

双空位迁移在室温条件下，很容易形成空位团或与其他种类的原子相结合，如氧，氮等间隙原子。尽管有许多人基于密度泛函理论调查空位迁移，但很少有基于密度泛函和杂化泛函结合理论调查迁移能。本发明方法不仅计算能带内的跃迁能级，并进一步研究迁移能。采用的计算参数与计算缺陷形成能一致，改变Si原子的位置，使之与空位发生交换。采用CLNEB方法计算稳定构型，并用杂化泛函计算不同构型下能量，如图2所示。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是硅的双空位的分离能示意图，横坐标Coordinate为移动距离，纵坐标为能量；

图3a是缺陷不带电的电荷下硅的结构示意图；

图3b是缺陷带一个负电的电荷下硅的结构示意图；

图3c是缺陷带二个负电的电荷下硅的结构示意图；

图3d是缺陷带一个正电的电荷下硅的结构示意图；

图3e是缺陷带二个正电的电荷下硅的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法具体过程为：

步骤一：采用FINDIT软件查找Si的晶格参数，得到Si的晶格参数即实验结果为 α＝90°，β＝90°，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Si的晶格的禁带宽度，禁带宽度为1.2eV；

(文献为C.Janowitz,V.Scherer,M.Mohamed,A.Krapf,H.Dwelk,R.Manzke,Z.Galazka,R.Uecker,K.Irmscher and R.Fornari//New或J.Phys.13(2011)085014.PHYSICAL REVIEW B 95,075208(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,and H.Hosono，Appl.phys.Lett.77,4166(2000).或H.He，R.Orlando，M.A.Blanco，R.Pandey，E.Amzallag,I.Baraille,and M.Rerat,Phys.Rev.B74,195123(2006))

步骤二：采用VASP软件对Si的晶格参数进行优化，得到Si能量最低点的晶格参数模拟结果为 α＝90°，β＝90°，γ＝90°；

通过杂化泛函方法，得到Si能量最低点的晶格的能带图，根据能带图得到禁带宽度为1.2eV；

根据晶格参数和禁带宽度得到模拟结果和实验结果一致；

得到1×1×1的Si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：根据步骤二得到的Si能量最低点的晶格参数，将晶胞扩大到3×3×3的超胞，3×3×3的超胞包含216个原子；通过删除超胞不同位置的硅原子来引入缺陷，得到带有缺陷的超胞；

3×3×3代表3a×3b×3c；

优化超胞原子相应的位置，得到能量最低点的晶格,并基于密度泛函和CLNEB方法计算双空位分离过程中能量的变化，根据双空位分离过程中能量的变化得出Si原子不同带电量下的原子结构；

根据双空位分离过程中能量的变化画出Si原子不同带电量下曲线图，曲线峰值为Si原子不同带电量下的原子结构。

步骤四:根据步骤三得到的Si原子不同带电量下的原子结构，采用杂化泛函方法计算各个原子结构的能量，并根据这些能量画出能量随原子移动的变化图。如图2。得到Si的缺陷移动。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤二中采用VASP软件对Si的晶格参数进行优化，具体过程为：

使Si所有平面波截断能为320eV，K点为1×1×1，Si电子收敛精度为1E-5，Si离子收敛精度为1E-2，得到Si能量最低点的晶格参数模拟结果为 α＝90°，β＝90°，γ＝90°。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二中实验结果与模拟结果相应数据(a与a比，b与b比，c与c比，α与α比，β与β比，γ与γ比，)的差值在3％-10％以内，且满足禁带宽度等于步骤一查找Si的晶格的禁带宽度，认为模拟结果和实验结果一致。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤四中根据步骤三得到的Si原子不同带电量下的原子结构，采用杂化泛函方法计算各个原子结构的能量，并根据这些能量画出能量随原子移动的变化图；具体过程为：

Si的一个原子先和Si原子双空位中的一个空位交换，转换过的原子和Si原子双空位中的另一个空位交换，得到双空位分离过程中能量的变化；

根据双空位分离过程中能量的变化画出Si原子不同带电量下曲线图，曲线峰值为Si原子不同带电量下的原子结构。如图3a、图3b、图3c、图3d、图3e。

先用密度泛函计算了能垒，得到了过渡态的稳定构型，最后再用杂化泛函计算了迁移过程中体系能量的变化。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

本发明应用对象包括半导体和绝缘体，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

基于密度泛函和杂化泛函计算Si的缺陷移动的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。