异质结建模步骤，希望过来人给些建议

biancheng159 · 发表于 Post on 2016-5-18 21:33:00

初涉半导体领域。
现拟构建个β-Bi2O3/(Bi2O2)CO3构成的p-n异质结。
1. 根据（CrystEngComm, 2015, 17, 6098）一文，拟用P-4b2的β-Bi2O3(9012327)和Imm2的Bi2O2CO3(9004677)来做。(事实上COD库中还有许多其他不同晶型的β-Bi2O3和(Bi2O2)CO3，见附件)。
2. 这两个氧化物的001面都有较大活性，且二者001面“长”得很像，所以考虑从这个面去“粘接”形成p-n异质结(图1)。
3. 可能是厚度，角度或方向等选取的不对，所以build layer后会有晶格失配，多出一些原子或乱成键 (图2)。

由于之前未有构建此类模型的经验，所以不知如何进行合理的切割和匹配，以及，何种情况下可以说所得模型是很可能合理的？
此事受人之托，旨在一口气能得到结果，所以希望过来人给些建议，甚至是具体的步骤。

Fig.1 β-Bi2O3与Bi2O2CO3

Fig.2 heterojunction

beta-Bi2O3_9007723.cif (1.99 KB, 下载次数 Times of downloads: 59)

beta-Bi2O3_9009850.cif (4.64 KB, 下载次数 Times of downloads: 37)

beta-Bi2O3_9012327.cif (2.14 KB, 下载次数 Times of downloads: 49)

beta-Bi2O3_9012546.cif (2.24 KB, 下载次数 Times of downloads: 34)

CBi2O5_1530018.cif (2.33 KB, 下载次数 Times of downloads: 33)

CBi2O5_9004677.cif (2.67 KB, 下载次数 Times of downloads: 62)

CrystEngComm, 2015, 17, 6098.pdf (1.65 MB, 下载次数 Times of downloads: 306)

CrystEngComm, 2015, 17, 6098 SI.pdf (536.72 KB, 下载次数 Times of downloads: 186)

zyj19831206 · 发表于 Post on 2016-5-19 08:56:32

是不是晶格匹配度只要误差在5%之内就是可以接受的，不知道说的对不对，请高手现身说说异质结建模和计算需要注意的地方。

jiewei · 发表于 Post on 2016-5-19 18:40:37

本帖最后由 jiewei 于 2016-5-20 17:06 编辑

对，发在这上面比单独问我要好。

建模步骤：
1：将所有晶体做成长方体（菱形也要转换成长方形）。得到两个晶格参数 a1，b1，c1；a2，b2，c2（注C一般不需要）
2：寻找晶格参数的最小公倍数。注:这个公倍数是相对的，比如4，5的公倍数为20， 3.8和5.1的公倍数也是二十。
3：分别得到三个晶格参数的最小公倍数a,b,c（由于一般c不需要，所以忽略）
4：对晶体1扩包（a/a1，b/b1）;对晶体2进行扩包（a/a2，b/b2）
5: 建立一个足够大的晶体（不含原子）（注新建的晶体的晶格a轴要略大于你扩包后的任意一个a轴（比如大0.5a），b同理，c随意
6：复制晶体1进入，复制晶体2进入，将晶体1和2的界面隔开合适的距离（3-5埃）。所有原子在晶格内（这就是为什么上面要说新建的晶体大于以前的晶体的原因）
7：如果在MS里面建模，这记住调整显示方式为origin。重建晶格，略微减小晶格参数（新的a和b轴）（由于上面新建的晶格先对较大），例如取值0.1埃；重建后扩成2*2的超胞，观察原胞和原胞之间键连是否正常。 不断重复步骤7的这个重建过程，直到键连略微合理。注意初步模型建立好后，请严格审查自己模型！！！！！（参照我上面的步骤建立的模型不存在优化不成功的问题，所以，一定要检查自己的模型！！！）
8：固定a，b轴以外所有参数进行结构优化。
9：优化无虚频后，异质节模型建立成功。

jiewei · 发表于 Post on 2016-5-19 18:42:12

有空再来说切面的问题，先遁了。。

zyj19831206 · 发表于 Post on 2016-5-19 18:49:26

本帖最后由 zyj19831206 于 2016-5-19 18:51 编辑

jiewei 发表于 2016-5-19 18:40
对，发在这上面比单独问我要好。

建模步骤：

有时候就是优化不出来，经常不太容易收敛，调整了真空层和两层间距，调整了优化过程中的参数还是没办法，是不是只要两个晶体的面的uv值差别在百分之五？

jiewei · 发表于 Post on 2016-5-20 17:02:00

zyj19831206 发表于 2016-5-19 18:49
有时候就是优化不出来，经常不太容易收敛，调整了真空层和两层间距，调整了优化过程中的参数还是没办法 ...

我上面的步骤，看似简单，实际上操作起来需要很丰富的经验以及知识储备。
结构优化不出来，肯定是建模的问题。
首先，找一下第七步中，你每个unit cell和其他unit cell之间的键连是否合理？其次，看看是否有重复原子？等等问题，太多，在建模过程中要多观察，仔细认真，切记！

jiewei · 发表于 Post on 2016-5-20 17:08:07

zyj19831206 发表于 2016-5-19 18:49
有时候就是优化不出来，经常不太容易收敛，调整了真空层和两层间距，调整了优化过程中的参数还是没办法 ...

另外，异质节那么复杂，哪有那么多具体的数据，百分之几百分之几那都是教条主义。

biancheng159 · 发表于 Post on 2016-5-21 10:44:58

本帖最后由 biancheng159 于 2016-5-21 10:59 编辑

jiewei 发表于 2016-5-19 18:40
对，发在这上面比单独问我要好。

建模步骤：

感谢jiewei给力的回答！

6. 建立比预定晶体大的盒子是个不错的做法诶，可以避免邻近的映像“捣乱”
7. 键连比较合理是不是应达到'每个原子都有合理的键连或配位'？这对界面附近这两层原子的要求真高——一方面，其与表面其它原子和内部原子还要成键；另一方面，还要形成合理的杂化方式和配位。
9. 无虚频。意味着要做频率计算么?异质结本来就是较大的体系了，算频率听起来真费时呢，不过看起来也没有更好的指标了。

同时，我突然意识到想在‘层状结构’与‘非层状的离子晶体’之间形成合理的键连接更难了。文献中的话，要么都是layer, 如‘graphene+MoS2’(ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 6286), 可以形成范德华异质结；要么像‘LaAlO3+SrTiO3’(Nat. Commun., 2014, 10.1038/ncomms4663)这种都是‘非层状’的离子晶体，晶型晶胞参数都差不多，界面也更容易形成合理连接。

如jiewei所说，恐怕是细致活了。

zyj19831206 · 发表于 Post on 2016-5-23 11:14:01

biancheng159 发表于 2016-5-21 10:44
感谢jiewei给力的回答！

6. 建立比预定晶体大的盒子是个不错的做法诶，可以避免邻近的映像“捣乱”

感觉ms里面的构筑层，稍不注意就把某个层的鍵给拉伸了，所以感觉异质结的确难构筑。

zyj19831206 · 发表于 Post on 2016-5-23 17:40:15

本帖最后由 zyj19831206 于 2016-5-23 17:46 编辑

jiewei 发表于 2016-5-19 18:40
对，发在这上面比单独问我要好。

建模步骤：
文献题目：

SiH/TiO2 and GeH/TiO2 Heterojunctions: Promising TiO2-based Photocatalysts under Visible Light
比如说这样的一个异质结，作者说是通过以下方法制作的：
你好：
我是用Material Studio 建立的模型，首先找出TiO2和SiH晶格匹配的最小单元：
（1）切好TiO2(101)表面，添加真空层。
（2）准备好SiH的超晶胞，构建它的矩形匹配单元,删除多余原子。
（3）改变TiO2(101)的晶格参数与矩形SiH一致，将矩形SiH添加到TiO2表面，调整距离。
（4）对构建好的异质结晶格设置，我用的是TiO2与SiH的平均值。
（5）优化晶格常数，再优化结构，计算电子结构。

附件是我的模型，你可以参考。
我还是很难从字里行间知晓U和V的值是怎么选择的。

qianzhu_8109 · 发表于 Post on 2016-11-10 23:08:56

谢谢分享

color579 · 发表于 Post on 2017-4-20 18:21:20

jiewei 发表于 2016-5-19 18:42
有空再来说切面的问题，先遁了。。

谢谢回答。很有启发。我按照上述步骤做了一下，不过因为可以说是建了两次超胞所以体系原子很多，最终无法计算。一开始不对晶体扩包是可以的。
另外我现在想做另一个异质结，晶体是菱形的，不知道应该怎么变成长方形呢？

切面的问题也不太懂，现在要做的没有说明是哪个面，这种情况应该怎么做呢？

来碗豆腐司机 · 发表于 Post on 2017-10-22 14:16:42

jiewei 发表于 2016-5-19 18:42
有空再来说切面的问题，先遁了。。

大哥，啥时候有时间呢？说一下，怎么切晶面吧！构造异质节时，两晶体的晶面是任意方向吗，你这说的匹配只是满足晶胞边长而已，这好解决的。上点干货，最好给个类似文献。网上看了一些文献是关于二维材料层的，没找到关于体材料的。

来碗豆腐司机 · 发表于 Post on 2017-10-22 14:35:44

jiewei 发表于 2016-5-19 18:40
对，发在这上面比单独问我要好。

建模步骤：

失敬，失敬，原来是老师，晚生有礼了。请问李老师，如果构造异质结后，能不能加电场，看它的空间电荷？

来碗豆腐司机 · 发表于 Post on 2017-10-25 09:46:26

jiewei 发表于 2016-5-19 18:40
对，发在这上面比单独问我要好。

建模步骤：

为什么不能直接用build layer ,而是建一个空的晶体盒子放进去呢？

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