Головна Приклади Знімки екрана Інструкція користувача Логотип Bluesky. YouTube ☰
OghmaNano Мультифізична платформа для моделювання оптоелектронних пристроїв і фотонних систем. ЗАВАНТАЖИТИ Короткий посібник зі швидкого старту

Параметри матеріалів і те, де вони використовуються в алгоритмах розв’язання задач.

Навчальні цілі. Після прочитання цієї сторінки ви повинні вміти:

Необхідні умови. Сторінки з прикладами моделей, які ви плануєте використовувати; ця сторінка є довідковою і призначена для перегляду разом із ними.

Орієнтовний час читання: 25 хвилин.

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. Енергія та показники, пов’язані з енергією

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.
ПараметрЗначенняЕлементи керуванняОдиниці вимірювання/підрозділи/елементи.
\(E_g\)Основна ширина забороненої зони.Розділення провідності та валентності; \(E_c=E_v+E_g\)еВ
\(E_v\)Межа валентної зони на загальній шкалі.Діагональна енергія валентності; визначає величину смугових зсувів.еВ
\(E_c\)Межа зони провідності (розрахована)Діагональ теплопровідностіеВ
\(E_{v,\text{av}}\)Усереднена за спін-орбітальною взаємодією та кристалічним полем валентна енергіяВнутрішня діагональ до розділення SO/CFеВ
\(\Delta_{\text{so}}\)Розщеплення спін-орбітальної взаємодіїПоложення роз’єднаної групи; зв’язок між групами.еВ

2. Ефективні маси

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 \(m_0\)).
ПараметрЗначенняЕлементи керуванняОдиниці вимірювання/підрозділи/елементи.
\(m_e\)Ефективна маса електрона на межі зони.Кривизна провідності; віддалений параметр \(A_c\)\(m_0\)
\(m_h\)Загальна маса (розв’язувач параболічних рівнянь)Кривина валентності в скалярній моделі\(m_0\)
\(m_l\)Подовжня долинна маса (Si)Маса, розподілена вздовж осі долини.\(m_0\)
\(m_t\)Поперечна долинна маса (Si)Маса, розподілена вздовж осі долини.\(m_0\)

3. Параметри валентності та взаємодії в структурі цинкбленду

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.
ПараметрЗначенняЕлементи керуванняОдиниці вимірювання/підрозділи/елементи.
\(\gamma_1,\gamma_2,\gamma_3\)Параметри ЛюттінгераВалентні кінетичні члени \(L, M, N\)безрозмірна величина
\(E_p\)Енергія КейнаМуфта Кане \(P=\sqrt{(\hbar^2/2m_0)E_p}\)еВ
\(P\)Елемент матриці імпульсу КейнаЗв’язок між провідністю та валентністюеВ·м (внутрішньо)

Примітка щодо реалізації. Параметри Люттінгера, які використовуються в 8-смуговій гамільтоніані, є повними значеннями для об’єму матеріалу; код виконує віднімання \(+E_p/E_g\) внутрішньо під час формування \(L\) і \(N\). Не потрібно попередньо віднімати величину взаємодії від параметрів Люттінгера в базі даних матеріалів, інакше значення мас валентної зони будуть невірними. Це є частою причиною розбіжностей під час перенесення параметрів між кодами, які використовують різні системи (повні та модифіковані параметри Люттінгера).

4. Потенціали деформації структури цинкбленду та пружні характеристики

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.
ПараметрЗначенняЕлементи керуванняОдиниці вимірювання/підрозділи/елементи.
\(a_c\)Потенціал гідростатичної деформації, що виникає внаслідок провідності\(a_c\,\mathrm{Tr}\varepsilon\) змінаеВ
\(a_v\)Валентний гідростатичний потенціал деформаціїБір-Пікус \(P=a_v\mathrm{Tr}\varepsilon\)еВ
\(b\)Тетрагональний потенціал деформації зсувуРозгалуження судин головного мозку типу Бір–Пікуса \(Q\); розгалуження внутрішньої та латеральної судин.еВ
\(d\)Потенціал деформації зсуву ромбоедричної структуриЗ’єднувальне муфтове з’єднання типу «Бір–Пікус» \(R, S\)еВ
\(a\), \(a_{\text{sub}}\)Параметри ґратки шару та підкладкиНапруження, що виникає в площині через невідповідність.м
\(C_{11}, C_{12}\)Коефіцієнти пружної жорсткості\(\varepsilon_{zz}=-2(C_{12}/C_{11})\varepsilon_{xx}\)Тато

5. Параметри вюрциту

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.
ПараметрЗначенняЕлементи керуванняОдиниці вимірювання/підрозділи/елементи.
\(A_1\dots A_6\)Ефективні параметри маси валентних електронівВалентні кінетичні члени \(L_i, M_i, N_i\)безрозмірна величина
\(\delta_1\)Розщеплення кристалічного поляЗбільшує значення \(X,Y\) відносно \(Z\).еВ
\(\delta_2, \delta_3\)Параметри спін-орбітальної взаємодіїВалентне SO-зв’язуванняеВ
\(E_{p1}, E_{p2}\)енергії Кейна, пов’язані з віссю «c» та базою кристалічної структури\(P_1\) (П–Я), \(P_2\) (П–Х, Y)еВ
\(S_1, S_2\)параметри провідності вздовж осі «c» та основної масиАнізотропна дисперсія провідностібезрозмірна величина
\(a_1, a_2\)потенціали деформації при провідності вздовж осі «c» та в основній площиніЗміна напруження під час теплопровідностіеВ
\(D_1\dots D_6\)Потенціали деформації валентностіНапруга валентності (\(D_6\) лише зрізати)еВ
\(C_{ij}\)Гексагональні пружні константитензор деформації в площині cТато

6. Параметри кремнієвої дельта-долини

Table 6. Silicon conduction-valley parameters.
ПараметрЗначенняЕлементи керуванняОдиниці вимірювання/підрозділи/елементи.
\(\Xi_d\)Потенціал деформації при розширенні\(\Xi_d\,\mathrm{Tr}\varepsilon\): зсуває всі низини.еВ
\(\Xi_u\)Потенціал деформації в одному напрямку\(\Xi_u\,\varepsilon_{\text{valley}}\): розділяє \(\Delta_2/\Delta_4\)еВ
\(m_l, m_t\)Поздовжні/поперечні утворення.Анізотропна дисперсія в долині.\(m_0\)

7. Параметри розведеного нітриду (10 смуг)

Table 7. Band-anticrossing parameters.
ПараметрЗначенняЕлементи керуванняОдиниці вимірювання/підрозділи/елементи.
\(x_N\)Молярна частка азотуМіцність з’єднання \(V_N=\beta_N\sqrt{x_N}\)безрозмірна величина
\(E_N\)Енергія резонансних рівнів азотуДіагональ, що містить азот \(H_{NN}\)еВ
\(\beta_N\)Константа зв’язку атомів азотуКондуктивне з’єднання з азотомеВ

8. Оптичні та транспортні параметри

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.
ПараметрЗначенняЕлементи керуванняОдиниці вимірювання/підрозділи/елементи.
\(n_r\)Показник заломленняОтримайте префікс.безрозмірна величина
\(\gamma\)Лоренцівська півширинаРозширення спектральної лініїеВ
\(\rho\)Масова густинаПопередній коефіцієнт акустичного розсіюваннякг·м\(^{-3}\)
\(v_s\)Швидкість звукуПопередній коефіцієнт акустичного розсіюваннямікросекунда\(^{-1}\)
\(D\)Потенціал акустичної деформаціїЕлемент матриці розсіюванняеВ

Основні моменти/ключові аспекти