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&&【求助】掺杂后带隙的问题
【求助】掺杂后带隙的问题
有两个问题请教大家：
1.掺杂后，能带怎么确定？比如文献上说掺杂后带隙减小的情况，导带底和价带顶的位置如何确定呢？掺杂后价带顶位置有些杂化，我不知道该怎么确定价带顶的位置了。
2.在态密度图形里面如何看带隙，我今天在一篇文献上看到带隙是这么标注的，不明白为什么会是这样？我贴上图形大家帮我分析一下好吗？谢谢了。
谢谢你的回复。
对于第二个问题，掺杂浓度比较低的情况，如何确定价带顶和导带底的位置？
是使用未掺杂时候的价带顶的位置来确定带隙还是掺杂后出现的价带顶的能级来确定带隙？
我主要是考虑掺杂后带隙的变化，所以我想确定带隙是怎么确定的。
能不能贴一个正确的图，我还是看不太懂你说的话
CASTEP默认价带顶就是费米能级，半导体的话应该是能隙中间位置吧？
呵呵 一块讨论一下，其实对于带隙我也一直在探索，能带和态密度图之间到底是个啥关系，有时候看态密度图明明每个能量值都有电子可是作者却说带隙是多少多少这样子，我就想带隙的计算是不是看能带数据计算出来的，能E=0上下两条能带的间隙就是能带值。&&不知道这样对不对？&&希望高手们可以指导:)一下
恩 是的。从能带图形上看带隙找到价带顶和导带底，两者的差就是带隙。
至少从DOS中看带隙，我也不明白，能量为0 的时候能态密度应该是0 ，但是计算出来的结果不是零，我贴的图形中也可以看出来。
后面的专家给出的方案和结论，貌似很不合理。主要有2点：
1：先谈中文文献，中文文献主要是根据掺杂前后带隙变化展开讨论。而带隙的谈论主要是根据能带图来讨论。计算后直接导出，然后origin作图。可以观察变化。导带、价带、带隙。费米能级一目了然，但是此处的费米能级。由于castep本身的程序设计，默认费米能级为零。而不是下面专家提到的价带顶默认。掺杂有分N型掺杂和P型掺杂。N型掺杂费米能级靠近导带，P型掺杂费米能级靠近价带。
2：外文文献的谈论和中文有所不同，外文的讨论主要是根据态密度图来确定，其实就是你上面的图谱。
掺杂有分N型掺杂和P型掺杂。N型掺杂费米能级靠近导带，P型掺杂费米能级靠近价带。不是你说的这样，呵呵
其实呢，你认为的是本征半导体，是一种很理想的状态，在自然界中基本不存在，半导体一般都有缺陷，反言之，缺陷的形成就是掺杂的一种，所以会有飘移，计算出来的都是这样的，可以问问做材料的老师吧。呵呵，不好意思跟你贴了，有感而发，欢迎批评指正啊。
谢谢你这么认真的回复。
我再请教一下，对于理想的半导体计算出来后通过能带图形可以看出带隙，但是对于有缺陷的半导体，比如我N型掺杂后，主要是价带顶的附近出现了受主能级，我不知道带隙怎么确定？是以理想半导体的价带顶的位置（掺杂后能级有变化）计算还是以受主能级的位置来确定？
文献上这2中讨论的都有，但是既然出现掺杂的杂质带隙，说明电子跃迁就有了跳板，很多问题都可以解决了。
程序得出的费米能级是价带顶，不是半导体中定义的费米能级
你用什么算的？掺杂没有？
这个我清楚，实际制造出来的半导体是有缺陷的。但这里你并没回答楼主的问题。理论上可以计算perfect的半导体。楼主的TiO2之图是计算得出出来的，既然是计算出来的话，这就是perfect，而不是有缺陷存在的DOS。那么这里的VBM处的DOS和CBM的DOS接近于0(这是由于计算中的smearing原因），能带计算可看出带隙。这里看VBM和CBM 与费米能级没有关系。只需要band structure计算。
所以楼主，你要做能带计算得出带隙。
楼主说的掺杂影响带隙，这是掺杂很高的情况。因为浓度很高，杂质与杂质会相互作用，这也会形成能带，导致在原来的本征半导体的CBM和VBM附近出现杂质能带，而导致能带变窄。如果掺杂浓度极低，杂质一般在带隙中导致一个缺陷态能级，不影响带隙。若楼主考虑的是前者（浓度高），就需要做能带计算确定带隙了，
用过MS，没有算过掺杂的。半导体费米能级应该在带隙之间，castep给出的在价带顶
谢谢，我理解您说的意思了。
不过我想要是掺杂浓度比较高时，价带附近出现杂化，Ms 计算能带的时候不直接给出带隙的数值了，我把数据导出以后，我不知道确定带隙的时候，价带顶的数值是取那个能级？是取无缺陷时候相对应的价带顶的那个能级，还是取掺杂后引起的那个能级？（掺杂后杂质能级高于无缺陷时价带顶的能级，导带底的能级没有变化）
看来几篇掺杂计算带隙的文献，不同的人计算带隙的方法不一样。
CASTEP默认价带顶就是费米能级,是不是说计算的价带顶就是0eV,我算了个半导体费米能确实在价带顶，但是为什么DOS图中Ef=0处对应的DOS值不为零，这不和能带图矛盾了吗
难道不是各自看各自的吗 未掺杂看出来是未掺杂 的帯隙&&掺杂看出来是掺杂后的帯隙&&不是吗
同问，求解答
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拓扑绝缘体带隙中的螺旋边缘态是电子型还是空穴型？已有1人参与
大家好，首先祝大家新年好！
有个问题一直不明白，拓扑绝缘体有带隙，有螺旋金属态穿过带隙，费米面在dirac点，这个螺旋态是电子型还是空穴型啊？或者在
Dirac点以下是空穴型在Dirac点以上是电子型？
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dirac点上面是n 下面是p
电输运结果见安藤阳一的PRL 107, 11) Observa tion of Dirac Holes and Electrons in a Topological Insulator
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&&掺杂后DOS图解释，急求
掺杂后DOS图解释，急求
各位大侠：
& && &之前我也曾发表过一个类似的贴子，结果没有人回复，也不知道是肿么回事？我是用VASP对Fe2O3中的间隙H掺杂进行研究，掺杂后利用origin画出来的DOS图如下图所示，不知道怎么解释费米面附近的变化啊！急求比较懂的高人帮忙解答一下，我自己也在尽力的寻找解决办法。多谢！
超胞对比图1.jpg
就是老板说让算一下间隙氢对Fe2O3电导方面的影响，我下面a图是空白样超胞做的DOS图，加了自旋了，上面b图是在空白样超胞的四面体间隙加入了一个氢原子，再计算的DOS，然后得到的前后对比图，然后我不知道怎么解释，带隙是变小了些，但是不知道怎么解释。我是学材料的，物理方面差些，不知道我这样描述说清楚了吗？谢谢！
我这次做的是间隙H掺杂Fe2O3，下图a是空白的Fe2O3超胞，上图b是掺杂H之后的Fe2O3的DOS图。可以看到掺杂后带隙减小。通常解释带隙减小，我看的最多的是替代型（替换一个原子）掺杂的理论研究，就是说在费米面附近出现了杂化能级，并且是杂质原子贡献的。但我的这个体系做的是间隙掺杂，并且H的DOS的贡献（从图中可以看到，红色的那条线，右边是其纵轴）是在价带下部，不在费米面附近，就不能套用这种杂化理论去解释。但我的结果表明，带隙减小，费米面附近确实出现了一个分出来的新峰，这个峰怎么解释？如果最好能由此说明带隙减小的原因，就最好了。谢谢！对了，我在计算的过程中有加自旋，自认为计算过程应该没问题。希望您听懂我表达的意思了，能指教指教我，不甚感激。谢谢！
谢谢侯老师的点拨，我整理一下，一一回答您的问题。
这个不是回答我的问题，我只是提醒一点要注意的。
好的，谢谢侯老师。我前边表述的确实挺混乱的，只有我自己明白。原始问题是240个原子的超胞加一个间隙H得到的结果，间隙的位置是我随便加的，我也觉得不严谨。不过我同时也做了Fe2O3单胞30个原子加一个间隙H的结果了，如下图所示，这个图严谨些，也许我们可以拿来讨论一下。
此图中，a是30个原子的Fe2O3单胞的DOS图，b是间隙位置加了一个H的Fe2O3单胞的DOS图。
1、掺杂浓度为1/30,即3.3%
2、我分别计算了四面体间隙加H和八面体间隙加H的形成能，发现四面体间隙更稳定。结合计算的四面体间隙大小，八面体间隙大小，以及H原子的大小，也认为在四面体更稳定。所以此图对应的H是在四面体间隙位置。
3、Fe2O3中的四面体间隙是由4个O形成的，我就是在任意一个O上连了一个H（用MS实现的），然后用vasp优化计算的。所以我认为应该是H离O最近吧？我也不太确定。这个离哪个原子最近您是根据什么方法判断的呢？
4、最后单胞加H的图形看起来也是类似于超胞加氢，还是费米面附近的缺陷态能级的问题，似乎H的贡献还是在价带下方，我不知道怎么去理解。
5、并且在加H之后，磁性也发生了变化。我给您看看加H之后的上下自旋态密度图。所以这些曲线是不是能结合在一起分析费米能级处能级的变化以及带隙的变化？
问题有点多，谢谢您的倾听和解答。
单胞掺杂对比.jpg
单胞加H后总DOS上下自旋对比图.jpg
恩，您讲的很对。我粗略的看了一下，有Fe原子和O原子在掺杂前后确实又电荷的变化，等我把您给的建议综合起来分析下再向您请教。但是同时，我有个疑问，因为我没算过bader charge analysis，只是略有了解。我不知道bader电荷的结果和VASP的OUTCAR中的total charge给出的结果 有什么区别，我就是看下面这个得到的一些信息，这里边也包括每个原子的对应的信息，好像也行？还忘您点拨一二，谢谢！:)
OUTCAR中的charge分布.png
这个OUTCAR里给出的charge准确性较低，它的值与态密度求积分时所取的半径（也就是该半径所确定的体积大小）很有关系。
哦，这样啊，那我还是用bader 电荷计算下再对比分析吧！
侯老师，bader电荷分析我还没做完。如果抛开这个不谈，依据我的掺杂H前后的DOS对比图，能够说明带隙减小了吗？因为看起来导带底下移，确实是小了。因为我在实际的实验中发现用H处理后电阻率巨幅下降了，我想看看这个理论是不是同时能印证实验呢？
侯老师，按照你的建议，我做了一些工作确实有重大发现。我做了与H靠近的O和与该O靠近的Fe的DOS图，如下所示：
从此图可以看出，H的s态确实与O的p态有重叠，如你所说的一样。我也做了H掺杂前后的与H最近邻的Fe的DOS图，如下图所示：
结果发现，这个Fe原子确实是最值得关注的。它的态本来主要在导带，掺杂后就去了价带顶，并且更局域了，同时正是这一个Fe原子的态 导致了H掺杂后总DOS图中的那个杂质态。
bader 分析结果表明，
Atom& &charge& & & & POTCAR& & & &&&得失电子& & & && &化合价
H& & & &&&0.3746& & & & 1& & & && && && & 失0.74e& & & && &约为+1价
O& & & &&&7.2758& & & & S2p4& & & && && && & 得1.3e& & & && &约为-2价
Fe& & & &&&6.6412& & & & d7s1& & & && && && & 失1.4e& & & && &约为+3价
这就是我得到的结果。Fe—-O键，以及O-—Fe—-O键角在掺杂前后也确实发生了变化。但我还是不能明白，H的加入影响了Fe的晶体场，Fe得电子了，为什么Fe的态就会跑到价带顶呢？多了这个杂质态，晶体的导电性为什么就变好了呢？（这是我实验上的结果）看半导体能带理论看了很久，还是自己没法说服自己。希望你再帮我指导指导，谢谢！
与H最近邻的O、Fe和H原子自身DOS图.jpg
与H最近邻的Fe掺杂前后DOS对比图.jpg，
我前边的bader电荷分析是有问题的，我应该用掺杂后的与掺杂前的Fe2O3的bader电荷对比，而不是与POTCAR对比。所以我重新组织了一下，如下边所示：
原子& & & && &charge（空白样）& & & & charge（掺杂样）& & & & 得失电子
H& & & && && & 1& & & && && && && && && && && && &&&0.37& & & && && && && && &&&失0.63e
O& & & && &&&7.17& & & && && && && && && && &7.28& & & && && && && && &&&得0.11e
Fe& & & && &&&6.24& & & && && && && && && && & 6.64& & & && && && && && &&&得0.4e
也就是说与H最近邻的O和Fe 都是得电子的，且得电子数与H失电子数几乎一致，是不是就认为H失去的电子都被这两个原子得到了，排列在它的轨道上。但是为什么Fe的态从导带迁移至价带顶呢？并且我测量后得到，在掺杂后与此Fe关联的Fe—-O键长和Fe——O——Fe键角确实都发生了变化，但仍然是八面体配位场。这些结果综合在一起，我还是想不太明白，半导体物理看了很多还是一些皮毛，希望侯老师如果不忙的话帮我再解答一下，万分感谢！
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&&【求助】几个关于掺杂的问题
【求助】几个关于掺杂的问题
有一些问题不明白，希望能得到指导。
1.&&掺杂后，结构的稳定性需要用phonon来验证是否稳定吗（没有实验数据），如果没有虚频出现，就可以证明此掺杂结构一定稳定吗？
2.&&如果随着掺杂的量增加，能带带隙逐渐减小，并且由P型半导体变为了n型半导体，导带的宽度增大，这能说明什么啊？
3.&&DOS和PDOS的分析在实际中有什么应用啊？能够反映体系的哪些性质啊？
网上找了找，但不知道这个解释的好不好？
能不能说的详细一点，谢谢
能不能说的详细一点，谢谢
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半导体掺杂后的带隙如何看，求教
各位大侠&&我想知道半导体低浓度掺杂后 （大概0.03%），在费米能级处出现杂质能带& &这个时候&&我对它的带隙该如何判断呢？ 我想知道这种掺杂对带隙的影响&&
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引用回帖:: Originally posted by ApolloYang at
为什么有些文献，还有这里，
能带高对称点范围只选部分，比如这里的G-Z， 而不是选全部？... 这个一维的&&就这样选了……其他的选的多吧
(正式写手)
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★ ★ ★ 感谢参与，应助指数 +1lzlgcdc: 金币+1, ★★★很有帮助, 谢谢大侠
10:08:49franch: 金币+2, 谢谢回帖交流，，
首先你的把你的band贴出来，让大家给你看看哇
坚持，不放弃
(小有名气)
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虫号: 1979789
注册: 专业: 半导体晶体与薄膜材料
先顶了。。。
(正式写手)
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虫号: 1940713
引用回帖:: Originally posted by
首先你的把你的band贴出来，让大家给你看看哇 大侠图片是这样的
(小有名气)
在线: 87.1小时
虫号: 1758999
注册: 专业: 玻璃材料
【答案】应助回帖
★ ★ ★ ★ 感谢参与，应助指数 +1lzlgcdc: 金币+2, ★★★很有帮助, 谢谢大侠
22:42:07franch: 金币+2, 谢谢回帖交流，，
引用回帖:: Originally posted by lzlgcdc at
大侠图片是这样的
... 能带穿过了Fermi能级（如果费米能级是在0eV的位置），如果不是smear过头了，那就是掺杂后成了导体了，没有带隙一说了。
(正式写手)
在线: 296小时
虫号: 1940713
引用回帖:: Originally posted by DFPT at
能带穿过了Fermi能级（如果费米能级是在0eV的位置），如果不是smear过头了，那就是掺杂后成了导体了，没有带隙一说了。... “如果不是smear过头了，那就是掺杂后成了导体了” 大侠这句话什么意思& & 这个不需要看价带顶和导带底的位置了吗
大侠这个是用vasp做能带的小程序做的& &它是默认0为费米能级吧
(正式写手)
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注册: 性别: GG专业: 凝聚态物性 II ：电子结构
引用回帖:: Originally posted by lzlgcdc at
大侠图片是这样的
... 为什么有些文献，还有这里，
能带高对称点范围只选部分，比如这里的G-Z， 而不是选全部？
(小有名气)
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虫号: 250274
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引用回帖:: Originally posted by lzlgcdc at
这个一维的&&就这样选了……其他的选的多吧... 这是一位的什么材料，直接带隙，还是间接带隙？
(小有名气)
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虫号: 2083455
注册: 性别: MM专业: 凝聚态物性 II ：电子结构
【答案】应助回帖
★ ★ 感谢参与，应助指数 +1lzlgcdc: 金币+2, ★★★很有帮助, 谢谢大侠
带隙是导带底-价带顶，这个在计算的时候能带结构图会给出，还有就是上面有同学说的费米能级的移动，体材料时费米能级在带隙中，但是掺杂后费米能级可能移动到导带，导带电子数目增多，导电性就会增强。估计是这样吧！
下面我想问一下，关于半导体掺杂的问题：
1、掺杂浓度的确定是通过超晶胞确定的，如果替换某原子，就用替换个数比此原子总数，得出浓度。是吗？那这个千分之三要好大的一个晶胞，我的计算机算到2*2*2就老出错，不知您是怎么解决的。
2、掺杂半导体计算时，对话框中选择的metal，是吗？优化过程中是先优化1*1*1，再扩展为2*2*2，还是直接优化2*2*2？
3、由于第一性原理的的计算时基于周期性边界条件的，掺杂要保证满足初始条件必须建立超晶胞，那掺杂离子该放在什么位置？一般情况下大多放在中心，有些文献尝试过不同位置的双掺杂，用的是不同位置，我照着人家的做会出错，无法进行，是模型不合理吗？怎样判断其合理性？
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