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OghmaNano Platforma symulacji wielofizycznych dla urządzeń optoelektronicznych i systemów fotonicznych DESCARREGAR Quick Start guide

Parâmetros dos materiais e onde são inseridos nos algoritmos de resolução.

Objetivos de aprendizagem. Após ler esta página, deverá ser capaz de:

Requisitos. As páginas de modelo que pretende utilizar; esta página serve como referência e deve ser consultada em conjunto com as outras.

Tempo estimado de leitura: 25 minutos.

Every quantum-well solver is only as good as the material parameters it is given. This page explains what each parameter means physically, which Hamiltonian term it controls, its units and the common sign or convention traps — rather than listing numerical values, which belong in the material database and in the compilations cited on the references page. Parameters are grouped by the solver that uses them.

1. Energias e referências energéticas

The most common source of error is the energy reference. OghmaNano measures energies from the structure valence-band maximum (placed at zero), and each material's valence edge \(E_v\) is supplied on a common absolute scale so that band offsets are correct. The multiband solvers derive the conduction edge as \(E_c = E_v + E_g\) and, internally, an average valence energy that the spin-orbit and crystal-field terms then split back to the physical band edge.

Table 1. Band energies and references.
ParâmetroSignificadoControlosUnidades
\(E_g\)Banda de energia proibida fundamentalSeparação entre a banda de condução e a banda de valência; \(E_c=E_v+E_g\)eV
\(E_v\)Limite da banda de valência na escala comum.Energia de valência diagonal; define os deslocamentos de banda.eV
\(E_c\)Limite da banda de condução (obtido)Diagonal de conduçãoeV
\(E_{v,\text{av}}\)Energia de valência média, considerando o acoplamento spin-órbita e o campo cristalino.Diagonal interna antes da divisão SO/CF.eV
\(\Delta_{\text{so}}\)Divisão por acoplamento spin-órbitaPosição da banda separada; acoplamento SOeV

2. Massas efetivas

The band-edge electron mass fixes the conduction curvature and, in the multiband models, is used to back out the remote-band parameter. Hole masses appear directly only in the parabolic solver; in the k·p models the valence masses are encoded in the Luttinger (or wurtzite \(A_i\)) parameters instead. Silicon's valleys are anisotropic and need two masses each.

Table 2. Effective masses (in units of the free-electron mass \(m_0\)).
ParâmetroSignificadoControlosUnidades
\(m_e\)Massa efetiva dos eletrões na extremidade da banda de energia.Curvatura da condução; parâmetro remoto \(A_c\)\(m_0\)
\(m_h\)Massa do buraco (solucionador parabólico)Curvatura da valência no modelo escalar\(m_0\)
\(m_l\)Massa do vale longitudinal (Si)Massa ao longo do eixo de um vale.\(m_0\)
\(m_t\)Massa do vale transversal (Si)Massa distribuída ao longo do eixo de um vale.\(m_0\)

3. Parâmetros de valência e de acoplamento da estrutura cristalina tipo esfalerita.

The Luttinger parameters describe the coupled heavy-, light- and split-off holes; the Kane energy sets the conduction–valence coupling. In the 8-band model OghmaNano combines these into the internal \(A_c, L, M, N, P\) parameters, renormalising \(L\) and \(N\) (and, in the standard mode, \(A_c\)) to avoid double-counting the explicit Kane coupling.

Table 3. Zincblende valence and Kane parameters.
ParâmetroSignificadoControlosUnidades
\(\gamma_1,\gamma_2,\gamma_3\)Parâmetros de LuttingerTermos cinéticos de valência \(L, M, N\)adimensional
\(E_p\)Energia KaneAcoplamento de Kane \(P=\sqrt{(\hbar^2/2m_0)E_p}\)eV
\(P\)Elemento da matriz do momento de KaneAcoplamento entre a banda de condução e a banda de valênciaeV·m (internamente)

Nota sobre a implementação. Os parâmetros de Luttinger utilizados no Hamiltoniano de 8 bandas são os valores completos do material; o código realiza a subtração \(+E_p/E_g\) internamente ao formar \(L\) e \(N\). Não realize a subtração prévia do acoplamento nos parâmetros de Luttinger no banco de dados do material, caso contrário, as massas de valência estarão incorretas. Este é um problema frequente ao transferir parâmetros entre códigos que utilizam convenções diferentes (parâmetros de Luttinger completos versus modificados).

4. Potenciais de deformação e constantes elásticas da estrutura cristalina de tipo esfalerita.

Strain enters through the deformation potentials and requires the elastic constants and lattice constants to compute the strain tensor. The conduction and valence hydrostatic potentials combine into the gap deformation potential; the shear potentials \(b\) and \(d\) split the valence bands.

Table 4. Zincblende strain parameters.
ParâmetroSignificadoControlosUnidades
\(a_c\)Potencial de deformação hidrostática por condução.\(a_c\,\mathrm{Tr}\varepsilon\) turnoeV
\(a_v\)Potencial de deformação hidrostática da valênciaBir–Pikus \(P=a_v\mathrm{Tr}\varepsilon\)eV
\(b\)Potencial de deformação por cisalhamento tetragonalBir–Pikus \(Q\); divisão HH/LHeV
\(d\)Potencial de deformação por cisalhamento romboédricoAcoplamento de cisalhamento Bir–Pikus \(R, S\)eV
\(a\), \(a_{\text{sub}}\)Constantes de rede da camada e do substratoDeformação por desalinhamento no plano.m
\(C_{11}, C_{12}\)Constantes de rigidez elástica\(\varepsilon_{zz}=-2(C_{12}/C_{11})\varepsilon_{xx}\)Pai

5. Parâmetros da wurtzita

Wurtzite needs more parameters because of its lower symmetry: six valence parameters, three splitting energies, two Kane energies, two conduction-mass parameters and separate hydrostatic and shear deformation potentials.

Table 5. Wurtzite parameters.
ParâmetroSignificadoControlosUnidades
\(A_1\dots A_6\)Parâmetros de massa efetiva de valênciaTermos cinéticos de valência \(L_i, M_i, N_i\)adimensional
\(\delta_1\)Divisão do campo cristalinoAumenta \(X,Y\) em relação a \(Z\).eV
\(\delta_2, \delta_3\)Parâmetros de acoplamento spin-órbitaAcoplamento spin-órbita de ValênciaeV
\(E_{p1}, E_{p2}\)energias de Kane ao longo do eixo c e da base\(P_1\) (S–Z), \(P_2\) (S–X,Y)eV
\(S_1, S_2\)parâmetros do eixo c e da massa de condução basalDispersão anisotrópica da condutividadeadimensional
\(a_1, a_2\)potenciais de deformação da condução ao longo do eixo c e da baseDeslocamento da tensão por conduçãoeV
\(D_1\dots D_6\)Potenciais de deformação de valênciaTensão de valência (\(D_6\) apenas cisalhamento)eV
\(C_{ij}\)Constantes elásticas hexagonaistensor de deformação no plano cPai

6. Parâmetros do vale em forma de delta de silício.

Table 6. Silicon conduction-valley parameters.
ParâmetroSignificadoControlosUnidades
\(\Xi_d\)Potencial de deformação dilatacional\(\Xi_d\,\mathrm{Tr}\varepsilon\): desloca todos os vales.eV
\(\Xi_u\)Potencial de deformação uniaxial\(\Xi_u\,\varepsilon_{\text{valley}}\): divide \(\Delta_2/\Delta_4\)eV
\(m_l, m_t\)Massas longitudinais/transversaisDispersão anisotrópica do vale.\(m_0\)

7. Parâmetros de nitreto diluído (10 bandas)

Table 7. Band-anticrossing parameters.
ParâmetroSignificadoControlosUnidades
\(x_N\)Fração molar de nitrogénioResistência ao acoplamento \(V_N=\beta_N\sqrt{x_N}\)adimensional
\(E_N\)Energia do nível de ressonância do nitrogênioDiagonal de nitrogénio \(H_{NN}\)eV
\(\beta_N\)Constante de acoplamento do nitrogênioAcoplamento por condução e nitrogénioeV

8. Parâmetros óticos e de transporte

The gain and scattering calculations need a few further inputs: the refractive index and Lorentzian broadening for gain, and the mass density, sound velocity and acoustic deformation potential for scattering. These are properties of the medium and the phonons rather than of the band structure.

Table 8. Optical and transport parameters.
ParâmetroSignificadoControlosUnidades
\(n_r\)Índice de refraçãoObtenha o prefácio.adimensional
\(\gamma\)Semilargura de LorentzAlargamento da forma espectral.eV
\(\rho\)Densidade de massaPrefator de espalhamento acústicokg·m\(^{-3}\)
\(v_s\)Velocidade do somPrefator de espalhamento acústicom·s\(^{-1}\)
\(D\)Potencial de deformação acústicaElemento da matriz de espalhamentoeV

Pontos-chave