[发明专利]一种InGaN掺杂性能的仿真方法

说明书

本发明公开了一种InGaN掺杂性能的仿真方法，包括：构建GaN晶体模型；对GaN晶体模型的原胞进行扩建，形成超胞；对超胞中的Ga原子使用In原子在不同位置上进行替换，以对超胞进行掺杂；对掺杂后的超胞进行优化；对优化后的超胞进行性质模拟，获得In原子掺杂下的InGaN合金的特性数据文件；对特性数据文件进行分析，获得InGaN合金材料的性能数据。本发明采用软件仿真的方式模拟InGaN的掺杂性能，无需进行实验，也无需各类昂贵的测试仪器，节约了大量时间与科研成本，为高性能InGaN储氢材料的研制提供技术积累，对推动碳中和技术的发展具有积极意义。

技术领域

本发明涉及材料性能仿真技术领域，特别涉及一种InGaN掺杂性能的仿真方法。

背景技术

掺杂是将多种物质混杂在一起的手段，在化工、材料领域有广泛的应用。通过掺杂，可以改善材料的某种电学或机械性能。例如在半导体硅中掺入磷(P) 或镓(Ga)就可以得到N型或P型半导体材料。

目前，对于材料掺杂已经提出了多种技术。Ma等人通过密度泛函理论计算，发现当Cu原子掺杂在GaAs表面时，该材料展现金属特性，当Cu原子掺杂在距离表面(埃，10^-10米)或深度时，呈现出半金属特性。 TIAN等人也通过第一性原理计算得出，当Be，Zn，Mg作为掺杂元素时，Ga 位置相比于N位置来说，更有利于实现GaN的P型掺杂。

目前提出的技术多是较为粗略的材料掺杂研究，当涉及原子的精确掺杂位置研究时，如果采用传统的实验方法，则需要付出很大的代价，包括时间和经济上的投入。

发明内容

本发明实施例提供了一种InGaN掺杂性能的仿真方法，用以解决现有技术中采用实验方法研究原子精确位置的掺杂时需要付出很大代价的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种InGaN掺杂性能的仿真方法，包括：

构建GaN晶体模型；

对GaN晶体模型的原胞进行扩建，形成超胞；

对超胞中的Ga原子使用In原子在不同位置上进行替换，以对超胞进行掺杂；

对掺杂后的超胞进行优化；

对优化后的超胞进行性质模拟，获得In原子掺杂下的InGaN合金的特性数据文件；

对特性数据文件进行分析，获得InGaN合金材料的性能数据。

在一种可能的实现方式中，构建GaN晶体模型，可以包括：利用Materials Studio软件构建正交相的GaN晶体模型。

在一种可能的实现方式中，在对GaN晶体模型的原胞进行扩建，形成超胞后，方法还可以包括：利用CASTEP模块对超胞进行优化，获得能量最低且处于稳定状态下的超胞。

在一种可能的实现方式中，对超胞中的Ga原子使用In原子在不同位置上进行替换，以对超胞进行掺杂，可以包括：对超胞中的Ga原子进行相同浓度不同位置的In原子替换，实现对超胞的掺杂。

在一种可能的实现方式中，对掺杂后的超胞进行优化，可以包括：对掺杂后的超胞使用CASTEP模块进行结构优化和晶胞优化，获得能量最低且处于稳定状态的超胞。

在一种可能的实现方式中，对优化后的超胞进行性质模拟，获得In原子掺杂下的InGaN合金的特性数据文件，可以包括：利用CASTEP模块对优化后的超胞进行性质模拟，获得特性数据文件。

在一种可能的实现方式中，特性数据文件可以包括In原子掺杂下的InGaN 合金的能带结构、分态密度、弹性模量和热力学性质的特性数据文件。