·DASP (Defect and Dopant ab-initio Simulation Package)是一款半導體缺陷和雜質性質的第一性原理計算模擬軟件包，該軟件包能針對輸入的半導體晶體結構，基于材料基因組數據庫和第一性原理軟件包，自動計算并輸出半導體的熱力學穩定性，缺陷和雜質形成能及離化能級，半導體樣品中缺陷、雜質和載流子濃度及費米能級，關鍵缺陷和雜質誘導的光致發光譜、載流子輻射和非輻射俘獲截面及少子壽命。

針對任一半導體，DASP軟件可以計算給出如下性質：熱力學穩定性、元素化學勢空間的穩定范圍、缺陷（含雜質，下同）形成能、缺陷轉變能級、各生長條件下的費米能級、載流子和缺陷濃度、缺陷的光致發光譜、缺陷對載流子的俘獲截面、輻射和非輻射復合速率等。

本期將給大家介紹DASP CdTe的本征缺陷計算 5.1.3-5.1.3.2 的內容。

5.1.3. 缺陷形成能和轉變能級計算DEC

5.1.3.1. 運行DEC模塊

在上一步使用命令?dasp?2?執行TSC模塊時，會生成CdTe/tsc目錄，并在該目錄中產生?2tsc.out?文件。等待程序執行完畢，?2tsc.out?有相應的完成標志。打開CdTe/dasp.in，確認化學勢已被程序自動輸入。

確認TSC模塊完成后，回到CdTe目錄，使用命令?dasp?3?執行DEC模塊。DEC會在第一步已經生成的dec目錄中繼續輸出相關文件，包括缺陷結構，缺陷目錄，以及運行日志文件?3dec.out?。等待程序完成期間無需額外操作。

5.1.3.2. DEC模塊運行流程

產生缺陷結構：

根據?dasp.in?中的參數intrinsic = T，DEC模塊將產生CdTe的本征缺陷，即生成CdTe/dec/Intrinsic_Defect計算目錄，在其下面分別有空位缺陷V_Cd，V_Te，反位缺陷Cd_Te，Te_Cd，間隙位缺陷Cd_i，Te_i的缺陷結構和目錄。根據對稱性判斷，CdTe晶格中不存在非等價的Cd和Te原子，因此同樣的缺陷構型只需產生一種。

同時，可在?3dec.out?看到DEC模塊的輸出如下：

可以看到，DEC模塊目前只產生了所有缺陷電中性（q=0）的計算目錄。

提交各缺陷q=0計算任務：

待中性缺陷的結構及其目錄產生完畢后，DEC模塊將調用VASP對其進行PBE優化和HSE總能的計算（對應于?dasp.in?中?level = 2?的參數），此步驟等待時間較長。可隨時檢查?3dec.out?文件。?3dec.out?中的相關信息如下所示：

可以看到Cd_Te1的電中性結構優化計算出現了某些錯誤，導致計算無法完成。但是程序并不會中斷，而是繼續完成除了Cd_Te之外的所有計算。因此，用戶此時無需做額外操作，等待程序執行完畢即可。（Cd_Te缺陷的問題將在程序執行完畢后解決）遇到VASP計算出錯的各類情況，請參考?常見問題?。

產生帶電缺陷的計算目錄：

等待所有（除Cd_Te和能量較高的間隙缺陷）電中性的計算完成之后，程序將根據中性缺陷的計算結果，判斷各缺陷的價態范圍，從而生成各帶電缺陷的目錄及文件，對于計算錯誤（undo，failed，not converged）或者不進行后續計算（skip）的缺陷，會進行提示。?3dec.out?中的相關信息如下所示：

將部分缺陷結構拖入可視化軟件中，如下圖所示：

CdTe的部分缺陷結構

提交各缺陷q≠0的計算任務：

待帶電缺陷的結構及其目錄產生完畢后，DEC模塊將調用VASP對其進行PBE優化和HSE總能的計算（對應于?dasp.in?中?level = 2?的參數），此步驟的等待時間比3.2.2的更長。?3dec.out?中的相關信息如下所示：

計算帶電缺陷的修正：

所有的帶電缺陷（除Cd_Te）的計算完成后，DEC模塊將計算FNV修正（根據?dasp.in?中?correction = FNV?的參數），并計算其缺陷形成能和轉變能級。每個缺陷各價態的修正量和形成能的具體數值，都記錄在?3dec.out?中：

所有的形成能和轉變能級的數據，也都記錄在各缺陷目錄下的?defect.log?文件中。

輸出形成能圖像：

此時程序已經全部執行完畢，但是通過輸出我們發現Cd_Te缺陷并沒有被計算。解決方法如下：

1. 根據VASP的報錯信息，適當調整/home/test/CdTe/dec/Intrinsic_Defect/Cd_Te1/initial_structure/q0 目錄中的INCAR參數。

2. 回到dec目錄，新建一個名為?redo.in?的文件，在里面寫入/home/test/CdTe/dec/Intrinsic_Defect/Cd_Te1/initial_structure/q0。

3. 回到CdTe目錄，再次使用命令?dasp?3?執行DEC模塊。程序會自動判斷已經完成的計算，并根據?redo.in?重新計算該缺陷。

4. DEC模塊會單獨針對Cd_Te缺陷做中性和帶電缺陷的計算，并計算它的形成能。

最后，DEC利用所有修正過后的CdTe在兩個化學勢處的缺陷形成能，自動輸出缺陷形成能 v.s. 費米能級的圖像。如下圖所示：

CdTe在（a）富Cd和（b）富Te時的缺陷形成能隨費米能級的變化

CdTe的缺陷轉變能級

編輯：黃飛