第一性原理方法计算半导体硅的能带结构

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1、第一性原理方法计算半导体硅的能带结构湘潭大学物理学专业基础课计算物理及其应用材料与光电物理学院目录一、实验目的二、实验内容三、计算的硬件条件和软件条件四、实验要求五、实验步骤六、实验报告要求七、思考题实验目的1．学会构建硅原胞模型；2．了解第一性原理计算方法；3．熟悉计算结果中硅能带结构的分析。实验内容运用第一性原理计算软件VASP计算半导体硅能带结构。计算的硬件条件和软件条件1．硬件：计算终端－曙光天潮4000高性能计算集群，客户端－实验室PC机；2．软件：VASP4.6软件包，数值作图软件origin等实验要求1．学习晶体硅模型的搭建；2．学习VASP程序输入文

2、件的设置；3.学习计算结果EIGENVALE本征值文件的处理，学会用ORIGIN软件作图；4.要求学生独立完成计算，能够在计算过程中适当地了解一些科研过程，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力；实验步骤1.首先，用MSmodeling软件构建硅原胞的模型。硅晶体是金刚石结构，在计算中采用的是它的原胞fcc结构，共含有两个硅原子；硅晶体呈金刚石结构硅的原胞呈fcc结构实验步骤2.运行VASP需准备四个输入文件：INCARKPOINTSPOSCARPOTCAR一个执行文件：vasp.pbs。实验步骤3.(1)首先进行静态自洽计算在输入文件INCAR中设置：SYSTEM

3、=Si！体系名称ENCUT=400！设置截断能ISTART=0！新的开始ICHARG=2！按原子密度来构造初始电荷密度ISMEAR=0！采用高斯方法进行SmearingSIGMA=0.1!收敛宽度EDIFF=1E-6！控制总能的收敛标准PREC=Accurate！计算精度控制LREAL=.FALSE.!倒空间投影LCHARG=.TRUE.!写出电荷密度LWAVE=.TRUE.!写出波函数实验步骤KPOINTS文件：Auto0M！采用自动的Monkhorst-PackK点选取方式444000POSCAR文件：Si5.40.50.5000.50.50.500.5Sele

4、ctivedynamicsDirect0.000.000.00TTT0.250.250.25TTT赝势文件POTCAR，选用PAW-GGA中的PBE势四个输入文件准备就绪后，键盘输入qsubvasp.pbs命令，就可运行VASP。经过静态自洽计算，我们可以得到自洽后的电荷密度文件CHGCAR和波函数分布文件WAVECAR(2)接着进行硅能带结构的计算INCAR文件中的一些设置需要改动：ISTART=1!接着计算ICHARG=11！保持静态自洽计算得到的电荷密度和波函数不变LCHARG=.FALSE.！不写电荷密度LWAVE=.FALSE.！不写波函数实验步骤更改KP

5、OINTS文件，在倒空间中采用线性撒点模式，选取一些高对称点：k-pointsalonghighsymmetrylines10Line-moderec000！gamma点0.50.50.5！L点000!gamma点0.50.50!K点准备就绪后，键盘输入qsubvasp.pbs命令，运行VASP实验步骤3.能带计算后，会得到一个EIGENVALE本征值文件。将本征值文件数据处理后导入ORIGIN画图软件中便可视化，就会得到所需的能带结构图。实验报告要求1.每人独立完成一份实验报告；2.按照实验步骤操作、数据处理等得到能带结构图后分析能带结构；3.指出本人计算过程中存

6、在的问题，并提出改进方案；思考题1.将截断能的数值提高，对能带计算结果有什么样的影响？2.计算能带结构时加大K点取值对计算结构有什么影响？第三节结束湘潭大学物理学专业基础课计算物理及其应用