DASP (Defect and Dopant ab-initio Simulation Package)是一款半導體缺陷和雜質性質的第一性原理計算模擬軟件包，該軟件包能針對輸入的半導體晶體結構，基于材料基因組數據庫和第一性原理軟件包，自動計算并輸出半導體的熱力學穩定性，缺陷和雜質形成能及離化能級，半導體樣品中缺陷、雜質和載流子濃度及費米能級，關鍵缺陷和雜質誘導的光致發光譜、載流子輻射和非輻射俘獲截面及少子壽命。

針對任一半導體，DASP軟件可以計算給出如下性質：熱力學穩定性、元素化學勢空間的穩定范圍、缺陷（含雜質，下同）形成能、缺陷轉變能級、各生長條件下的費米能級、載流子和缺陷濃度、缺陷的光致發光譜、缺陷對載流子的俘獲截面、輻射和非輻射復合速率等。

本期將給大家介紹DASP ZnGeP2的本征缺陷計算 5.4.3-5.4.3.2 的內容。

5.4.3. 缺陷形成能和轉變能級計算DEC

5.4.3.1. 運行DEC模塊

在上一步使用命令dasp2執行TSC模塊時，會生成ZnGeP2/tsc目錄，并在該目錄中產生2tsc.out文件。等待程序執行完畢，2tsc.out有相應的完成標志。打開ZnGeP2/dasp.in，確認化學勢已被程序自動輸入。

確認TSC模塊完成后，回到ZnGeP2目錄，使用命令dasp3執行DEC模塊。DEC模塊會在第一步已經生成的dec目錄中繼續輸出相關文件，包括缺陷結構，缺陷計算目錄，以及運行日志文件3dec.out。等待程序完成期間無需額外操作。

5.4.3.2. DEC模塊運行流程

產生缺陷結構：

為計算得到材料的缺陷性質，程序將根據用戶在dasp.in中設置需要計算的缺陷類型生成相應的計算目錄以及電中性的缺陷構型。

從文件3dec.out中可以看到如下日志：

產生的各類缺陷結構中，部分反位缺陷與可能的間隙位如下圖所示：

ZnGeP2超胞部分缺陷結構示意圖

提交各缺陷q=0計算任務：

在建立好各類型的電中性缺陷計算目錄與構型后，程序將自動補充第一性原理計算所需文件并依次提交計算任務，并使得同時計算的任務數不超過dasp.in中參數max_job的值。從文件3dec.out中可以看到如下日志：

產生帶電缺陷的計算目錄：

在中性缺陷計算完成后，程序將判斷各缺陷可能的電離態數量，并進一步生成各電離態的計算目錄與缺陷構型。

提交各缺陷q≠0的計算任務：

在建立好各類型的電離態缺陷計算目錄與構型后，程序將自動補充第一性原理計算所需文件并依次提交計算任務，并使得同時計算的任務數不超過dasp.in中參數max_job的值。從文件3dec.out中可以看到如下日志：

計算帶電缺陷的修正：

在各類型的電離態缺陷計算完成后，程序將計算各類型缺陷的形成能、各電離態的轉變能級，在日志文件3dec.out中記錄有各類缺陷在不同化學勢情況下的形成能、能帶對齊和鏡像電荷修正項（LZ/FNV），以及不同電離態的轉變能級。dasp.in文件中提供了四種各元素的化學勢取值情況，因此有p1，p2，p3，p4四種形成能值。從文件3dec.out中可以看到如下日志：

輸出形成能圖像：

在各類型缺陷形成能與轉變能級的計算完成后，程序將自動生成在不同化學勢情況下的缺陷形成能圖像及數據，存于目錄/dec/Formation_Energy_Intrinsic_Defect/中。

dasp.in文件中提供了四種各元素的化學勢取值情況，因此有四份圖像與數據。

用戶可根據.dat文件中的數據自行繪制圖像，或參考程序自動繪制的.png圖像文件。從文件3dec.out中可以看到如下日志：

程序自動繪制的四幅圖像分別如下所示：

ZnGeP2各類缺陷在化學勢點(a) p1, (b) p2, (c) p3, (d) p4 處的形成能隨費米能級的變化

編輯：黃飛