面向半导体工程精度的壳层 DFT-1/2 方法：GGA 与 LDA 的比较
材料科学
2024-09-17 v1 计算物理
摘要
由局域密度近似（LDA）或广义梯度近似（GGA）得到的密度泛函理论（DFT）的 Kohn-Sham 带隙不能直接对应于半导体的基本带隙，但在工程中存在通过某些修正方法使其匹配的强烈需求。壳层 DFT-1/2（shDFT-1/2）作为 DFT-1/2 的一种变体，是获得共价半导体大幅改善带隙的潜在候选方法，但其精度依赖于 LDA/GGA 基态，包括优化晶格参数、自能修正前的基态 Kohn-Sham 带隙，以及特定于交换关联（XC）泛函的自能修正量。本工作中，我们测试了六种技术上重要的共价半导体 Si、Ge、GaN、GaP、GaAs 和 GaSb 的 LDA/GGA 以及 shDFT-1/2 结果，并额外以离子绝缘体 LiF 作比较。我们全面考察了 XC 类型（LDA、PBEsol、PBE 和 RPBE）对带隙值的直接影响，或通过优化晶格常数产生的间接影响。此外，我们在固定实验晶格常数的条件下测试了 XC 类型对 LDA/GGA 和 shDFT-1/2 带隙的影响。深入分析揭示了在计算典型共价半导体电子能带结构时达到最佳精度的规律。详细讨论了晶格常数、shDFT-1/2 计算中的自洽性以及 GGA 的交换增强因子等相关参数。
引用
@article{arxiv.2203.16020,
title = {Shell DFT-1/2 method towards engineering accuracy for semiconductors: GGA versus LDA},
author = {Hanli Cui and Shengxin Yang and Jun-Hui Yuan and Li-Heng Li and Fan Ye and Jinhai Huang and Kan-Hao Xue and Xiangshui Miao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.16020},
year = {2024}
}
备注
23 pages, 10 figures