概 述 

工业应用

电子元件

挑战

测定氮对半导体关键性能的影响

确定最佳组成

模拟工作

构建所包含材料的数字孪生

电子元件的性质模拟

结果分析与解读

 分 类 

工业应用

电子元件

软件

Quantum

  Abinit

降低能耗及提高现代化电子设备的性能是电子工业持之以恒的追求。GaAs是工业中最广泛应用的半导体，在集成电路、红外发光二极管(LED)、激光二极管、太阳能电池等众多领域都有广泛应用。类似的，GaN半导体由于其独特的性质，如带隙宽、介电常数低，其重要性正日益增加。这些特性使这类材料成为高密度数据设备或海底光通讯系统的潜在关键材料。

挑战

期望通过氮原子掺杂GaAs半导体达到特定用途半导体的性能。因此三元GaAsxN1-x 复合材料受到了广泛研究，有可能成为光学及电子元件，如红外发光二极管、光探测器、太阳能电池或光纤应用的潜在材料。本研究案例利用MAPS软件的ABINIT模块研究了增加氮含量对GaAsxN1-x复合材料的结构及光学性能的影响。

模拟工作

利用MAPS的晶体构建工具构建了GaAs锌混合结构 。随后对惯用晶胞进行了结构优化。对不同的三元复合材料(GaAsxN1-x, x = 0.25, 0.5, 0.75 or 1.0)也进行了类似模拟操作。最后利用ABINIT计算了优化体系的能带结构、态密度及光学磁化率张量。所获取的数据可直接得到各化合物的带隙(Eg)。此外还计算了复介电函数(ε(ω))、介电常数(ε0)、折光率(n(ω))及吸光系数(I(ω))。

模拟结果

模拟结果显示低浓度的氮掺杂对多项参数（带隙、介电常数）存在不同寻常的影响。由于GaAs是最广泛使用的半导体材料之一，该特性具有重要的工业应用价值。Other optical properties such as the 此外还对所有体系的其他光学性质，如频率相关吸光系数或折光率进行了计算。当体系中的氮掺杂量增加时最大吸光系数向更高的光子能量值偏移。因此氮原子对GaAs是一种非常有趣的掺杂剂。实际上由于氮掺杂能促进部分特性的线性变化对其他特性则无该作用，对 GaAs的期望性能进行精细调节尚存在着大量的可能性。

MAPS 材料及化工过程设计平台是集多款优秀的第三方材料设计软件的、多尺度、可扩展的平台；可应用于从量子化学计算到中尺度计算。MAPS包括友好的图形用户界面供用户建模、方便分析计算结果。 MAPS适合描述含能材料、离子液体、高分子材料、合金材料、复合材料、电池材料等性质。MAPS软件拥有：（一）建模功能（二）分析功能。

ABINIT模块：可以精确计算许多材料和纳米结构性质：电子结构、键长、键角、原胞尺寸及形状、内聚能、介电性能、振动性能、磁性、非线性耦合等。ABINIT以密度泛函理论、密度泛函微扰理论和多体微扰理论为基础，以赝势和平面波、投影缀加平面波（PAW）或小波为基函数。

ABINIT适用于固体物理、材料科学、化学和材料工程等领域，涉及固体、分子、导体、半导体和绝缘体等多种材料的表面和界面。