載流子遷移率計算的案例
基于形變勢理論計算載流子遷移率
載流子遷移率通常指半導體內(nèi)部電子和空穴整體的運動快慢情況，是衡量半導體器件性能的重要物理量，例如對石墨烯、黑磷等二維材料展現(xiàn)出的高載流子遷移率的研究。由于電子在運動過程中不僅受到外電場力的作用，還會不斷的與晶格、雜質(zhì)、缺陷等發(fā)生無規(guī)則的碰撞，導致計算載流子遷移率的難度很大。本文基于形變勢理論方法為基礎，介紹了二維材料電子和空穴的有效質(zhì)量與載流子遷移率的計算方法。這種方法沒有考慮電子和聲子(晶格振動)以及電子與電子之間的相互作用等因素，計算結(jié)果存在一定的誤差，但是相比于基于玻爾茲曼輸運理論采用Quantum-ESPRESSO 和 EPW 軟件計算載流子遷移率的方法，經(jīng)濟實惠且結(jié)果在可接受的范圍之內(nèi)，是計算載流子遷移率常見的方法。
二維材料載流子遷移率可以根據(jù)下式計算：
其中，m∗是傳輸方向上的有效質(zhì)量，T是溫度，kB是玻爾茲曼常數(shù)。
E1表示沿著傳輸方向上位于價帶頂 (VBM)的空穴或聚于導帶底(CBM)的電子的形變勢常數(shù)，由公式確定，其中ΔE為在壓縮或拉伸應變下CBM或VBM的能量變化，l0是傳輸方向上的晶格常數(shù)，Δl是l0的變形量。
md是載流子的平均有效質(zhì)量，由下面公式定義：
C2D是均勻變形晶體的彈性模量，對于2D材料，彈性模量可以通過下面公式來計算 ，其中E是總能量，S0是優(yōu)化后的面積。
本公式的單位：
md(kg)、E1(J)、C2D(J/m2)、e(C)、g(J*s)、e(J/K)、m*(Kg)、
使用的工具：VASP5.4.4版本及以上、vaspkit、origin。
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展開 UT Austin劉遠越 JACS：為什么二維金屬硫?qū)倩锏?em>載流子遷移率低？
然而，單層的二維金屬硫?qū)倩锿哂休^低的載流子遷移率并且在不同實驗條件下測量結(jié)果不盡相同，且通常在室溫下小于300 cm2V-1s-1。作為對比，硅和砷化鎵在室溫下其電子遷移率約為1400和8500 cm2V-1s-1 。這個顯著的差距極大的限制了二維金屬硫?qū)倩镒鳛楦?em>遷移率半導體組件的應用，因此，充分理解遷移率限制因素以及找到較高遷移率二維半導體材料極其重要。
載流子遷移率的大小表征了電子和空穴被電場驅(qū)動時的輸運速度，其大小取決于材料內(nèi)部的散射機制。本征遷移率由聲子散射所決定。形變勢理論被廣泛應用于計算材料的本征遷移率。然而，通常的形變勢理論只考慮了縱聲學聲子的散射。這些簡化使得形變勢理論給出的遷移率不夠準確甚至是錯誤的。要給出更為準確的遷移率，我們需要計算每一個散射過程的電聲子散射矩陣元。
【成果簡介】
近日，JACS在線刊登了美國得克薩斯大學奧斯汀分校的程龍博士和劉遠越教授(通訊作者)發(fā)表的題為“What Limits the Intrinsic Mobility of Electrons and Holes in Two Dimensional Metal Dichalcogenides?”的文章 （J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b07871）。此文利用密度泛函微擾理論和電聲子瓦尼爾插值得出電聲耦合矩陣，研究了一系列二維金屬硫?qū)倩锏谋菊?em>遷移率。研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)認知不同，二維金屬硫?qū)倩锏谋菊?em>載流子遷移率既不與有效質(zhì)量顯著相關，也不能通過廣泛使用的形變勢理論來評估。大多數(shù)二維金屬硫?qū)倩锏?em>遷移率取決于縱向光學(LO)聲子散射，而對于MoS2和WS2，其遷移率則取決于縱向聲學(LA)聲子散射。
展開 50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
來源 | Nano-Micro Letters 原文 | https://doi.org/10.1007/s40820-023-01032-6 01 背景介紹 石墨烯納米膜是石墨烯的體相形態(tài)之一，其繼承了單層石墨烯的原子結(jié)構(gòu)和電子、聲子行為特征，同時具有寬的作用截面、長的載流子弛豫時間，是良好的熱學、電學以及光電研究平臺。目前，石墨烯納米膜的可控制備尚未實現(xiàn)。本文以氧化石墨烯(GO，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)復合薄膜為前驅(qū)體，利用基底替換和協(xié)同石墨化策略，制備了大面積、密堆積的組裝石墨烯納米膜(nMAG)(橫向尺寸，20cm；厚度范圍，50-600 nm)。nMAG具有良好的電學性能：載流子遷移率，1540 cm2V?1 s?1；電導率，2.04 MS m?1；載流子壽命4.7 ps。將其應用于電磁屏蔽，nMAG的高電導率降低了其最低商用厚度(100 nm，20 dB)；將其應用于紅外探測，nMAG的強光致熱發(fā)射效應將石墨烯/硅二極管的響應波長從1.5 μm擴展到了4 μm。此外，作者將nMAG(200 nm)和聚乙烯醇(PVA)層層組裝成10 μm厚的石墨烯膜，通過PVA的分解構(gòu)建nMAG氣體逸散通道，抑制氣囊的產(chǎn)生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度，進而提升薄膜導電、導熱能力。 展到了4 μm。此外，作者將nMAG(200 nm)和聚乙烯醇(PVA)層層組裝成10 μm厚的石墨烯膜，通過PVA的分解構(gòu)建nMAG氣體逸散通道，抑制氣囊的產(chǎn)生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度，進而提升薄膜導電、導熱能力。 02 成果掠影 浙江大學高超課題組以氧化石墨烯(GO，28 μm，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)薄膜為前驅(qū)體，利用基底替換和協(xié)同石墨化策略，制備了大尺寸和緊密堆疊的組裝石墨烯納米膜(nMAG，橫向尺寸20 cm，厚度范圍50-600 nm)。
展開 厚度調(diào)控的晶面結(jié)同時優(yōu)化層間電荷遷移與表面載流子空間分離促進BiOIO3單晶納米片CO2光還原性能
相比于塊狀結(jié)構(gòu)，在薄層結(jié)構(gòu)中層間電荷遷移阻力減小，光生電荷的擴散距離大幅縮短，使得載流子快速遷移至表面參與反應。同時，構(gòu)建各向異性共暴露晶面被認為是一種使光生電子和空穴實現(xiàn)晶面選擇性高效空間分離的新手段，電子和空穴沿不同方向向表面遷移可以有效抑制其在體相和表面的復合程度，極大促進光催化性能。然而目前這兩種手段還很少被同時用于調(diào)節(jié)光生電荷遷移與空間分離。能否利用層結(jié)構(gòu)調(diào)控與暴露晶面協(xié)同作用促進CO2還原性能增強是一項很值得探索的課題。
【成果簡介】
中國地質(zhì)大學（北京）材料科學與工程學院資源綜合利用與環(huán)境能源新材料創(chuàng)新團隊黃洪偉教授、張以河教授與紐卡索大學馬天翼博士指導博士生陳芳，以層狀鉍系材料BiOIO3單晶納米片為研究對象【之前該課題組已經(jīng)通過增強宏觀極化來提高此材料的電荷分離和光催化以及壓電催化性能（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 11860–11864）】，可控制備了厚度可調(diào)的BiOIO3{010}/{100}晶面結(jié)，用于高效光催化轉(zhuǎn)化CO2氣體。通過控制合成條件，實現(xiàn)了BiOIO3單晶納米片沿[010]方向（層堆積方向）厚度的逐漸減小，從而縮短了體相電荷向表面的遷移距離，增強了光催化性能。然而研究人員發(fā)現(xiàn)該納米片并不是厚度越薄性能越高，當{010}面暴露比例為77.4%時，BiOIO3納米片光催化性能最高， 其CO2還原制CO產(chǎn)率達到其塊體的300%。通過結(jié)合對不同晶面的第一性原理計算和選擇性光沉積實驗發(fā)現(xiàn)，{010}晶面為電子聚集的還原位點面，而{100}為空穴聚集的氧化位點面。
展開 
韓某研究院通過ALD技術(shù)實現(xiàn)高遷移率 IGZO
如圖1，通過小樣的制作和測試，這種方法制作出的W和L（與晶體管尺寸相關的術(shù)語）同為15微米的晶體管具有70 cm2/Vs的電子遷移率。他們的這種專有方法使用到了空間ALD技術(shù)，具體來說，他們用這種技術(shù)在納米疊層中沉積了多層氧化銦、氧化鎵和氧化鋅結(jié)構(gòu)，這些內(nèi)容會在下面作進一步介紹。
圖1. TNO和SALDtech 合作開發(fā)高遷移率納米層壓材料的最新成果。其中a圖顯示IGZO納米層壓結(jié)構(gòu)的TEM圖像，底部外加的紅色線用于示意該薄膜內(nèi)的納米層壓結(jié)構(gòu)；b圖顯示了該IGZO 納米層壓晶體管（w=15 μm，L=15 μm）的轉(zhuǎn)移曲線，左軸對應藍色曲線的電子遷移率，右軸為紅色曲線的電子遷移率
如果你注意到這項研究所實現(xiàn)的電子遷移率水平達到目前量產(chǎn)水平的5倍，那么你會肯定會對這項研究的成果印象深刻。因為更高電子遷移率的氧化物在某些應用中可以用來替代LTPS，支持更高幀速率、更高像素密度和更窄邊框的顯示器設計。
漢陽大學研究人員進一步表示，高電子遷移率還可以在一些較為小眾的顯示應用領域支持實現(xiàn)更高的顯示器性能，例如自發(fā)光微型顯示器、生物識別和光傳感等。
上面提到的納米層壓結(jié)構(gòu)，實際上是使用空間ALD設備在多個非常薄的三元組中沉積三種不同氧化物材料后實現(xiàn)的。到目前為止，Holst中心的TNO和SALDtech已經(jīng)使用該技術(shù)沉積出了15個這樣的三元組，而且每個三元組的厚度僅為1-2nm。
該研究需要使用ALD技術(shù)，這是因為它比傳統(tǒng)PVD技術(shù)具有更好的厚度均勻性，尤其是在一些大尺寸基板應用中，據(jù)介紹，ALD通常所能實現(xiàn)的厚度均勻性小于+/- 1%。
正常在沉積前體之前，需要先使用等離子體產(chǎn)生一層自由基，這也是等離子體基ALD（Plasma-based ALD）得名的由來。
展開 韓某研究院通過ALD技術(shù)實現(xiàn)高遷移率 IGZO
不管怎么樣，所有這些市場都能夠分享到空間ALD制成高電子遷移率氧化物技術(shù)的紅利。小尺寸面板和Micro-LED領域可以使用高電子遷移率IGZO替代LTPS，而已經(jīng)使用IGZO技術(shù)的大尺寸面板，也可以因為 IGZO性能的提升而獲得額外的好處。
- END -
解析超高遷移率層狀硒氧化鉍半導體的電子結(jié)構(gòu)
(B)開裂表面圖形的蒙特卡洛模擬和快速傅里葉變換（FFT）
(C)表面鉍、硒原子的STS實驗測量和計算結(jié)果
【小結(jié)】
這項工作通過實驗觀測發(fā)現(xiàn)新型超高遷移率層狀硒氧化鉍半導體材料的帶隙具備優(yōu)異的空間一致性，即便材料存在表面缺陷（約50%的硒空位）的條件下，帶隙依然表現(xiàn)出強大的穩(wěn)健性能。
智芯文庫 | 碳化硅功率器件界面遷移率降低機制獲得重要進展
與純sp2 cluster相比，混合的sp2-sp3 C-cluster的PDOS譜向下移動以更靠近SiC導帶邊緣，因此該種缺陷能級會直接影響載流子的遷移率，這一結(jié)果與實驗一致。
而我們發(fā)現(xiàn)，這樣的C14 cluster和類似大小的cluster的計算能量僅為0.29 eV/C，是此處研究的各種cluster中能量最低的，即會有大量的該種缺陷態(tài)存在。
表1. SiC/SiO2界面附近中性碳相關缺陷的形成能。界面處的C14缺陷具有最低的缺陷形成能。
圖4. 重構(gòu)的O空位的PDOS，在SiO2/SiC界面處形成VAP缺陷。插圖中顯示了具有最低間隙狀態(tài)的Si3位點。
我們也計算了SiO2超胞和界面超胞中的O空位和VAP缺陷，圖4。然而，考慮到SiC/SiO2能帶對齊，基于SiO2的缺陷的空態(tài)的PDOS不能向SiC的導帶底延伸得足夠低。Si1位點離界面之間太遠，而Si3位點無缺陷態(tài)峰存在。因此，SiO2側(cè)的本征缺陷不會影響SiC器件的遷移率。
意義與展望
我們的計算證實，界面處的C-cluster缺陷最可能是導致SiC器件中遷移率降低的根本原因。
這些C-cluster缺陷低形成能主要來自SiC的Si成分的選擇性氧化（優(yōu)先氧化），從而使碳在界面和SiO2內(nèi)積累。
通過對μC的深入討論，對于C6-ring，缺陷形成能已降至0.77 eV/C，對于C14簇，缺陷形成能已降至0.29 eV/C，這些較低的缺陷形成能與實驗中觀察到的大量碳的存在以及與器件遷移率降低相吻合。
展開 遷移率提高4倍！JDI 在6代線開發(fā)出新一代氧化物半導體TFT背板技術(shù)
新技術(shù)概要
新技術(shù)的可生成場效應遷移率，是傳統(tǒng) OS-TFT 技術(shù)2 倍以上的高遷移率氧化物半導體 (HMO，High Mobility Oxide)技術(shù)，以及傳統(tǒng) OS-TFT 技術(shù)4 倍以上的超高遷移率氧化物半導體 (UHMO，Ultra High Mobility Oxide)技術(shù)。UHMO在JDI G6量產(chǎn)線上的場效應遷移率為52cm2/Vs，氧化物半導體TFT在量產(chǎn)生產(chǎn)線上實現(xiàn)了非常高速的特性。可以說，該技術(shù)可實現(xiàn)與 LTPS 相同水平的導通電流，同時保持低截止漏電流。
另一個優(yōu)勢是，雖然傳統(tǒng)的高遷移率 AMOLED 背板需要 LTPS 技術(shù)，這將玻璃基板尺寸限制在 G6，但該技術(shù)可用于 G8 或更大的生產(chǎn)線。
晶體管I-V特性比較
據(jù)悉，JDI 稱該技術(shù)將極大地加速顯示技術(shù)創(chuàng)新，并有助于提高 OLED 和 LCD 顯示性能，包括：
顯示器的低功耗
提高VR/AR顯示性能，更高分辨率和更高刷新率，為用戶帶來更深的沉浸感和現(xiàn)實融合
可提高透明顯示器的更高透明度和圖像質(zhì)量，以及實現(xiàn)顯示器的大尺寸化
低功耗 提高影像的真實感和臨場感
傳統(tǒng)的 OS-TFT 技術(shù)存在偏置溫度應力 (BTS) 的問題，當試圖獲得高場效應遷移率時，這會導致可靠性差和圖像劣化問題出現(xiàn)。一直以來，高場效應和BST二者難以共存的問題成為需要解決的課題。
此次， JDI通過利用多年來在OS-TFT積累的制造工藝專有技術(shù)，克服困難，實現(xiàn)了具有卓越特性的全新OS-TFT突破性技術(shù)。
展開 MeshFree計算準確率對比驗證
MeshFree 直接跳過前處理，沒有了高質(zhì)量的網(wǎng)格單元，也不需要選擇不同的單元屬性，我相信有很多人會對 MeshFree計算的正確性產(chǎn)生懷疑，下面我就用靜力學分析實例來對比說明 MeshFree 的精確度。
完整內(nèi)容可以下載PDF文檔查看
Adams vibration中解耦率的計算
modal_energy.7z
1.前言
本文旨在解釋利用Adams/Vibration模塊進行動總解耦分析的計算原理，并通過計算程序?qū)崿F(xiàn)與Adams/Vibration的相互驗證。嘗試解釋解耦計算過程中出現(xiàn)的情況，如貢獻量為負值、總和大于100等現(xiàn)象。
已有不少參考文獻對其進行解釋，本文主要引用文獻3中的數(shù)據(jù)及術(shù)語，最終的計算結(jié)果雖不能與此文獻相對應，但是也能夠與Adams/Vibration互相驗證。
此文若存在不合理之處，歡迎討論。
2.計算原理
動總的剛體模態(tài)及解耦率計算，實質(zhì)是計算一個質(zhì)量+多個彈簧的多自由度系統(tǒng)，通過列出微分方程，求解特征值（頻率），特征向量（振型），并將特征向量按照自由度劃分為6個方向，計算每個方向的模態(tài)能量貢獻量（即解耦率）。
微分方程[2,3,4]：
其中：
，Di為懸置位置轉(zhuǎn)換矩陣，Oi為懸置方向轉(zhuǎn)換矩陣，ki為懸置三向剛度矩陣。
由定義可知：，即矩陣的特征值，頻率f=sqrt(λ)/2/pi。
至此，可求出系統(tǒng)的固有頻率及振型。
模態(tài)貢獻量，此處也是模態(tài)動能的貢獻量。第n階的最大模態(tài)動能，可表示為
，將其按照自由度分為6個方向，每個方向的動能為：
3個平動方向：
3個轉(zhuǎn)動方向：
模態(tài)貢獻量即各個自由度分量占最大值的比例。通過上述可得到6X6的模態(tài)能量貢獻矩陣，稱為基于自由度的模態(tài)能量分布矩陣，即一般Matlab的計算方法。
Adams/Vibration中，將模態(tài)能量分成9個方向，其中3個平動方向與前述一致，將前述中的三個轉(zhuǎn)動方向，分為純與Jxx、Jyy、Jzz相關的三個及純與Jxy、Jyz、Jzx相關的三個量[1]。
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EastWave應用：自動計算光子晶體透反率
本案例使用“自動計算透反率模式”研究光子晶體的透反率，將建立簡單二維光子晶體結(jié)構(gòu)以說明透反率的計算方法。
模型示意圖：
預覽網(wǎng)格劃分效果如下：
觀察到下面的實時場：
記錄得到數(shù)據(jù)如下：
雙擊“TR_A_polar”得到 Y 方向偏振的透反率如下：
圖中的數(shù)據(jù)也可以導出保存在 txt 文件中。展開圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)“figure”?“coord”? “datamgr”?“r”/“t”右鍵“保存并導出”，輸入文件名“r.txt”/“t.txt”。文件中第一列將保存橫軸頻點，第二列為縱軸相應的數(shù)據(jù)。
展開 EastWave應用：自動計算光子晶體透反率
本案例使用“自動計算透反率模式”研究光子晶體的透反率，將建立簡單二維光子晶體結(jié)構(gòu)以說明透反率的計算方法。
模型示意圖：
預覽網(wǎng)格劃分效果如下：
觀察到下面的實時場：
記錄得到數(shù)據(jù)如下：
雙擊“TR_A_polar”得到 Y 方向偏振的透反率如下：
圖中的數(shù)據(jù)也可以導出保存在 txt 文件中。展開圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)“figure”?“coord”? “datamgr”?“r”/“t”右鍵“保存并導出”，輸入文件名“r.txt”/“t.txt”。文件中第一列將保存橫軸頻點，第二列為縱軸相應的數(shù)據(jù)。
展開 光伏電站設備折舊率該如何計算？
光伏電站設備的折舊率是指光伏設備逐漸老化、損耗的速度，用專業(yè)話術(shù)說就是指光伏設備價值隨時間的遞減率。
影響光伏設備折舊率的因素有哪些？
1.光伏組件使用壽命
光伏組件的使用壽命是影響光伏設備折舊率的重要因素之一。光伏組件壽命的長短會影響到光伏設備的使用壽命，從而影響到設備價格的發(fā)生變化。
2.光伏設備本身
設備的種類、材料、投資額都會影響著折舊率。不同種類的光伏設備的工作原理和壽命也有所不同，不同材料的光伏設備穩(wěn)定性和耐久性也不同，折舊率自然也會不同。投資額越大，光伏設備的折舊率越高。光伏設備的維修保養(yǎng)情況直接影響其壽命和折舊率。
3.技術(shù)進步
隨著科技的不斷進步，光伏設備的性能得到了進一步改善，從而影響了折舊率的變化。隨著技術(shù)的更新?lián)Q代，老舊的設備會被新技術(shù)所替換，從而導致設備的價格下跌。
4.市場需求
市場需求是影響光伏設備的折舊率的重要因素之一。市場需求的增加會推動新設備的價格上漲以及舊設備的價格下跌。
最常用的計算方法是直線法，其計算公式為：
折舊率 = （資產(chǎn)原值 - 凈殘值）÷ 預計使用壽命
其中，資產(chǎn)原值是指光伏設備購置價值或建成投產(chǎn)時的價值；凈殘值是指光伏設備預計報廢時的價值（即光伏設備報廢時的價值減去拆卸費）；預計使用壽命是指光伏設備在正常使用條件下的預計使用年限。
光伏電站設備折舊率是影響著投資利潤的關鍵因素，一般來說，光伏設備的折舊率在10%~30%之間，但具體計算還需根據(jù)實際情況進行調(diào)整。企業(yè)可以根據(jù)設備的使用壽命、技術(shù)進步和市場需求等因素，提出合理的折舊率建議，以便更好地控制成本。
展開 Ansys Zemax | 計算任意溫度和壓強下的折射率
那OpticStudio是如何計算材料在不同溫度和壓強下的折射率呢？
折射率計算公式
任意溫度或壓強下的折射率與參考溫度和壓強下的絕對（參考與真空介質(zhì)）空氣折射率相關。需要再次強調(diào)的是，OpticStudio中空氣下的折射率在系統(tǒng)溫度 (TS) 和系統(tǒng)壓強 (PS) 下永遠為1。下式給出了如何計算系統(tǒng)溫度和壓強 (TS, PS) 下或參考溫度和壓強 (T0, P0) 下空氣的絕對折射率：
其中
公式中λ表示輸入光的波長（系統(tǒng)溫度和壓強下），P為壓強（以標準大氣壓為單位），T為溫度（攝氏度）。有關該公式的更多信息請查閱幫助系統(tǒng)“Index of Refraction Computation”標簽。
如果要計算任意溫度和壓強的折射率，則我們將首先計算nair(P0, T0)以及nair(PS, TS)。這些參數(shù)都是在輸入波長下進行計算的。首先，我們通過對參考溫度和壓強進行縮放得到“相對”波長：
在參考溫度和壓強下的相對折射率由對應波長下的色散公式計算得到：
其中f為色散公式的函數(shù)形式，c0表示材料的色散系數(shù)。相對折射率與絕對折射率的轉(zhuǎn)換關系為：
由于相對折射率是在參考溫度和壓強下進行計算的，因此計算絕對折射率需要在同樣的溫度和壓強下。絕對折射率由下式計算得出：
其中Δnabs由下式計算得到：
在上式中，n為材料在參考溫度和壓強下的折射率，ΔT為材料溫度與參考溫度的差值，λ為波長（上文中計算的λrel），D0和D1等為材料的熱擾動系數(shù)。
展開 