CAO group @  济南大学 (Univ Jinan)

计算机模拟掺杂对晶体结构和能带的影响

实验方法：　模拟实验法

一、主要步骤：

1、在数据库或Internet上查找要模拟的晶体相关参数；

2、规划模拟思路和过程；

3、打开Materials studio软件；

图1 模拟软件界面

4、建立晶体模型。包括步骤：1）输入晶体点群2）输入晶格参数 3）输入原子分数坐标。如图2、图3所示；

图2　晶体参数对话框

图3 晶格参数对话框

5、调整、变换晶体模型展示方式；

图4 默认晶体显示模式

图5 调整后晶体显示

6、晶体结构优化。包括步骤：1）选取精度参数2）选取计算函数3）服务器端参数设置；

图6 结构优化参数设计对话框

7、计算本征晶体能带结构。包括步骤：1）选取精度参数2）选取计算函数3）选取能带路径 4）服务器端参数设置；

图7 能量计算参数设置对话框

8、将得到的晶体结构进行杂质元素掺杂；

9、掺杂晶体结构优化。包括步骤：1）选取精度参数2）选取计算函数3）服务器端参数设置；

图8 掺杂结构优化后晶体模型

10、计算掺杂晶体能带结构。包括步骤：1）选取精度参数2）选取计算函数3）选取能带路径 4）服务器端参数设置；

图9 模拟得到的晶体能带结构和态密度图

图10 模拟计算得到的电子等能面分布

11、查看掺杂晶体结构优化动画演示过程，杂质原子在晶体中的扩散；

12、调整掺杂元素种类和位置重复8-10步骤，并观察结构的变化；

13、分析掺杂对晶体结构和晶体能带的影响。

二、实验结果：

1、得到合理的晶体结构及其结构优化后的结果；

2、利用软件绘制对应晶体能带图和态密度图；

3、利用软件绘制电子等能面和电子分布平面图。

三、结论要求：

1、找到并记录正确的晶体结构参数、掺杂原子周围化学键长变化值；

2、指出晶体的导带、价带和禁带，并根据导带底和价带顶数据计算载流子（电子和空穴）的有效质量；

3、根据电子等能面和电子分布图分析晶体中电子的分布特点及掺杂后对电子分布的影响。

四、考核要求

学生填写教师设计的实验报告表。学生能够正确填写实验报告表相应数据、记录实验数据、截图晶体模型和能带结构图。