3C-SiC結(jié)構(gòu)優(yōu)化-收斂性測試

3C-SiC結(jié)構(gòu)優(yōu)化-收斂性測試一、SiC晶體SiC是一種優(yōu)良的半導體，常見的SiC有4種結(jié)構(gòu)，分別是3C-SiC（閃鋅礦結(jié)構(gòu)）、2H-SiC（鉛鋅礦結(jié)構(gòu)）、4H-SiC、6H-SiC,本次計算將采用3C-SiC。

通過查詢可知3C-SiC空間群為F-43M，晶格常數(shù)a=b=c=0.43589nm，禁帶寬度為2.417eV，價電子為C：2S22P2

，SiC：3S23P2。

二、建立模型SiC的3D模型圖收斂性測試分別考慮平面波截斷能E、收斂精度SCF及K點設(shè)置對計算結(jié)果的影響，并采用LDA和GGA的方法對結(jié)果的影響進行分析。在設(shè)置參數(shù)時，采用控制變量法，依次判斷各參數(shù)對計算結(jié)果的影響。各參數(shù)的初始值設(shè)定為：

平面波截斷能E=310eV

收斂精度SCF取Ultra-fineK-point取4x4x4

計算完成后在3DAtomistic.castep文件夾獲得總能量的值1、對平面波截斷能進行測試得到以下總能量的數(shù)據(jù)，做得下圖圖1、截斷能與總能量的關(guān)系截斷能200240280310320LDA-1054.67-1056.85-1057.89-1057.83-1057.87GGA-1048.71-1050.99-1051.73-1051.57-1051.60圖2、截斷能與時間的關(guān)系表1、截斷能與總能量的對應數(shù)據(jù)從圖1可以看出，截斷能增大到從280eV時，總能量開始收斂，而初始設(shè)定310eV高于280eV，所以認定截斷能設(shè)為310eV計算得到的結(jié)果是可信的。從圖2可以看出，截斷能越大，計算所需時間就越長。所以可以將截斷能設(shè)定為310eV來測試SCF對總能量的影響，以減少計算量，和計算時間。2、對SCF的收斂性進行測試得到以下總能量的數(shù)據(jù)和時間圖SCFUltra-fineFineMediumCoarseLDA-1057.831824729-1057.831824564-1057.831824511-1057.831824170GGA-1051.567982108-1051.567982145-1051.567982132-1057.567982050表2、SCF與總能量的對應數(shù)據(jù)

由表1可以看出SCF的設(shè)置對總能的影響很小，總能差在10-5以下。由圖3可知、SCF設(shè)置的精度越高，計算耗時就越長，所以在計算量較大的計算中，SCF設(shè)置為中等精度即可，這樣能節(jié)省較多時間。由于SCF對總能的影響小，所以可以認定初始設(shè)定是可信的。圖3、SCF與時間的關(guān)系圖3、對K點設(shè)置進行測試得到以下總能量的數(shù)據(jù)，做得下圖圖4、K點設(shè)置與總能量的關(guān)系K1x1x12x2x23x3x34x4x45x5x56x6x6LDA-1047.03-1057.33-1057.78-1057.83-1057.83-1057.84GGA-1040.93-1051.08-1051.52-1051.56-1051.57-1051.57圖5、k點設(shè)置與時間的關(guān)系表3、k點設(shè)置與總能對應的數(shù)據(jù)4、對比在初始參數(shù)下LDA方法與GGA方法算得的能帶圖LDAGGA圖6從圖4可以看出，k點設(shè)定增大到3x3x3時，總能量開始收斂，而初始設(shè)定4x4x4高于3x3x3，所以認定K點設(shè)為4x4x4計算得到的結(jié)果是可信的。從圖5可以看出，k點設(shè)置越高，計算所需時間就越長。五、總結(jié)a、由圖1可知，在同樣的晶胞體積下，用GGA的方法計算單點能比用LDA方法計算的能量要高6eV左右。隨著截斷能的增高，總能量最終趨近于一定值，但隨之計算時間會變長。b、由圖4可知，K點精度設(shè)置的越高，計算得到的總能量就越趨近于一個定值，同樣計算時間會變長。c、由圖2、3、5可知，用GGA方法計算所需的時間要比用LDA方法的短。由圖6可知，用GGA方法計算的禁帶寬度1.394eV要略大于LDA方法計算的1.346eV，更接近于實驗值2.417eV。由a、b可知計算是精度設(shè)置得越高，所得的結(jié)果就越精確。但是由于計算時要考慮到計算效率，所以在計算時要按實際情況進行相應的設(shè)置。對于本次計算，在保證了計算結(jié)果精確性的情況下，又較